СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 3

1 Требования, предъявляемые к солнечному кремнию.. 5

2. Методы получения солнечного кремния. 10

2.1.Усовершенствование “классического” метода получения электронного кремния из газовой фазы с использованием хлорсиланов или моносилана. 10

2.2. Карбо- и металлотермическое восстановление диоксида кремния. 11

3. Исследования по разработке нетрадиционной двухстадийной технологии карботермического восстановления кремния. 14

3.1. Термодинамическая оценка процесса карботермического восстановления диоксида кремния. 14

3.2. Экспериментальная проверка двухстадийного процесса получения металлургического кремния. 17

4.Очистка кремния. 21

4.1. Плазменный метод рафинирования высокочистого кремния от бора. 21

4.2. Гидрометаллургическое рафинирование твёрдого кремния кислотным выщелачиванием. 22

4.3. Вакуумное рафинирование. 23

4.4. Жидкостная экстракция. 24

4.5 Газовая экстракция. 25

4.6. Экстракция расплавленными металлами. 25

4.7. Направленная кристаллизация. 26

4.8. Метод «Кристалокс». 26

5. Мультикристаллический кремний. 28

Заключение. 34

Список использованных источников. 35

Приложение А.. 36

Приложение Б. 37

Приложение В.. 38

Приложение Г. 39

Приложение Д.. 40

Приложение Е. 42

Аннотация. 43

Аннотация

В данной работе было проведено исследование так называемого «солнечного кремния» – кремния, пригодного для изготовления солнечных батарей –      фотоэлектропреобразователей.

Фотоэлектрический способ преобразования солнечной энергии в электрическую продемонстрировал свои возможности и достижения, в первую очередь в космосе. Он представляется перспективным также и для наземного применения, особенно с точки зрения его экологической чистоты и перспективы исчерпания в недалеком будущем земных источников энергии. Однако широкому использованию солнечной энергии с применением ФЭП препятствует высокая стоимость солнечной энергии, в десятки раз превосходящая полученную традиционными методами. И это несмотря на то, что основным, промышленно используемым для изготовления ФЭП полупроводниковым материалом является самый распространенный и дешевый полупроводник - кремний.

Помимо распространенности и дешевизны кремний обладает многими качествами, делающими его наиболее подходящим материалом для изготовления ФЭП наземного применения. Сырьевые источники этого элементарного полупроводника неограниченны и только 1% производимого в мире металлургического кремния применяется для нужд электроники. Технология используемого в электронике высокочистого кремния отрабатывалась свыше 40 лет, да и в настоящее время продолжает совершенствоваться и достигла высокого уровня в части стабильности процессов, их производительности и экономики.

В работе рассмотрены требования, предъявляемые, к солнечному кремнию, содержащиеся в нём примеси и их влияние на качество солнечных батарей. Рассмотрены основные и перспективные методы получения дешёвого солнечного кремния, а также методы его рафинирования (очистки). Проведены исследования по разработке нетрадиционной двухстадийной технологии карботермического восстановления кремния с последующей плазменной очисткой.

3.2. Экспериментальная проверка двухстадийного процесса получения металлургического кремния

... Важный результат проведенных экспериментов — получение кремния с низким содержанием бора (2 ppm) и фосфора (10 ppm), что является рекордным достижением чистоты (по этим примесям) для металлургического кремния, производимого прямым карботермическим восстановлением. Такой металлургический кремний пригоден для получения кристаллических образцов известными методами (методы Чохральского, Степанова и др.). Поскольку для большинства примесей в кремнии характерны очень низкие значения эффективного коэффициента распределения (Al — 2,8·10^-3, Cu — 8·10^-4 , Fe — 6,4·10^-6 , Ti — 2·10^-6), то при кристаллизации они оттесняются из твердой фазы растущего кристалла в жидкую зону расплава. Таким образом, кристаллизация является одновременно эффективным методом очистки кремния. Правда, это не относится к двум наиболее важным примесям в кремнии — к фосфору (коэффициент распределения 0,35) и в особенности к бору (0,8). Удаление фосфора достигается при высокотемпературном рафинировании жидкого кремния в вакууме, бор таким способом удалить не удается (давление его паров меньше, чем у кремния). ...

4.3. Вакуумное рафинирование

...     Нагревание расплава жидкого кремния при вакуумном рафинировании приводит к обеднению расплава такими примесями, скорость испарения которых больше скорости испарения кремния. Для оценки    очистки    при    неравновесном    испарениии    примеси    в    вакууме    обычно    используют

коэффициент М. Олетта:    ****************************** (8)

где g_i, P_i,g_Si, P_Si, -      коэффициенты активности и парциальное давление примеси и кремния соответственно;

М_i,  M_Si  - их молекулярные массы.

Если a > 1 , то примесь испаряется из расплава. Если a < 1, то возрастает ее концентрация в расплаве.

Согласно уравнению (8), существует большая группа примесей, которые должны удаляться из жидкого кремния при вакуумном рафинировании. Это Са, Ва, Zn, Pb, Al, P, Sb, Li    и другие. ...

Список использованных источников

1. А.Я. Нашельский и Э.О. Пульнер  Современное состояние технологии кремния для солнечной энергиии, «ВЫСОКОЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА»,  №1, 1996.
2. И.М. Абдюханов  Разработка основ технологии производства металлургического кремния повышенной чистоты для наземной фотоэнергетики.
3. Катков О.М.  Выплавка технического кремния
4. Ерёмин П.В.  Рафинирование технического кремния