多晶硅提纯技术和工艺类型
多晶硅生产工艺流程
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多晶硅生产工艺流程
《多晶硅生产工艺流程》
多晶硅是一种常见的半导体材料,广泛应用于光伏发电、集成电路和光电器件等领域。
多晶硅的生产工艺流程主要包括石英矿石提炼、气相法制备、液相法制备和晶体生长等几个主要步骤。
首先,石英矿石提炼是多晶硅生产工艺的第一步。
石英矿石是多晶硅的原料,通过石英矿石提炼可以得到高纯度的二氧化硅。
高纯度的二氧化硅是制备多晶硅的重要原料,其纯度和质量对多晶硅的品质有着重要影响。
接下来是气相法制备。
气相法制备多晶硅是目前最常用的生产工艺之一。
该工艺利用氯化硅和氢气作为原料,在高温炉中反应生成三氯化硅,再通过还原反应得到多晶硅。
在这一过程中,要控制好温度、压力和气相成分等参数,以确保多晶硅的纯度和晶体结构的良好性能。
除了气相法制备外,液相法制备也是一种常见的多晶硅生产工艺。
液相法制备多晶硅是利用高纯度的硅溶液,在特定条件下结晶成多晶硅体。
这种工艺比气相法更容易控制晶体形貌和性能,但也需要严格控制各种条件参数,以确保多晶硅的品质。
最后一步是晶体生长。
多晶硅晶体生长是制备高纯度、大尺寸多晶硅的关键步骤。
通过合理设计工艺和设备,控制晶体生长速率和结晶方向,可以获得高质量的多晶硅晶体。
总的来说,多晶硅的生产工艺流程包括石英矿石提炼、气相法制备、液相法制备和晶体生长等几个主要步骤。
通过合理控制工艺参数和采用高质量的原料,可以获得高纯度、优质的多晶硅产品,满足不同领域的应用需求。
多晶硅生产工艺简介
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多晶硅生产工艺流程(简介)多晶硅生产工艺流程,多晶硅最主要的工艺包括,液氯汽化、氯化氢合成、电解制氢、三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化、精馏、还原、后处理(硅芯拉制、石墨煅烧、硅料清洗、氮氧化物的处理、超纯水的制备、机加工、破碎包装),尾气回收。
主要反应包括Cl (l )△→cl 2(g )(液氯汽化)Cl 2+H 2燃烧→HCl (氯化氢的合成)H 2O →H 2+O 2(H 2O →OH -+H 2;OH -→H 2O+O 2)(制氢) Si+HCl →SiHCl 3+H 2(三氯氢硅合成);SiCl 4+H 2→SiHCl 3+HCl (热氢化);SiHCl 3+H 2→SiCl 4+HCl+Si (还原)No x +NaOH →NaNO 3+H 2O+NO (氮氧化物的处理) HCl (HF )+NaOH →NaCl (NaF )+H 2O (氮氧化物的处理) 多晶硅是由纯度较低的冶金级硅提炼而来,由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同,因此生产工艺技术不同;进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异,各有技术特点和技术秘密,总的来说,目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。
改良西门子法是目前主流的生产方法,采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85%。
多晶硅行业技术封锁严重。
短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。
西门子改良法生产工艺如下:这种方法的优点是节能降耗显著、成本低、质量好、采用综合利用技术,对环境污染小,具有明显的竞争优势。
改良西门子工艺法生产多晶硅所用设备主要有:氯化氢合成炉,三氯氢硅沸腾床加压合成炉,三氯氢硅水解凝胶处理系统,三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统,硅芯炉,节电还原炉,磷检炉,硅棒切断机,腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置,还原尾气干法回收装置;其他包括分析、检测仪器,控制仪表,热能转换站,压缩空气站,循环水站,变配电站,净化厂房等。
多晶硅的制备工艺流程
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多晶硅提炼方法
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多晶硅提炼方法
多晶硅提炼方法是一种重要的工业生产技术,它是将硅石经过多道工序处理后,得到高纯度的多晶硅的过程。
多晶硅是一种重要的半导体材料,广泛应用于电子、光电、太阳能等领域。
下面我们来了解一下多晶硅提炼方法。
多晶硅提炼方法主要分为两种:气相法和液相法。
气相法是将硅石加热至高温,使其分解为气态硅化物,然后在高温下沉积在晶体上,形成多晶硅。
液相法是将硅石与氢氧化钠或氢氧化钾等碱性物质混合,加热至高温,使硅石与碱性物质反应生成硅酸盐,然后通过还原反应得到多晶硅。
气相法的优点是生产效率高,可以得到高纯度的多晶硅,但是设备成本高,能耗大。
液相法的优点是设备成本低,能耗小,但是生产效率低,难以得到高纯度的多晶硅。
在实际生产中,多晶硅提炼方法还需要进行后续的加工处理,如切割、抛光、清洗等,以满足不同领域的需求。
同时,多晶硅的生产过程也需要注意环保问题,减少对环境的污染。
多晶硅提炼方法是一项重要的工业生产技术,它为电子、光电、太阳能等领域的发展提供了重要的材料基础。
未来,随着科技的不断进步,多晶硅提炼方法也将不断创新和完善,为人类的发展做出更大的贡献。
太阳能级多晶硅生产工艺介绍
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流化床法是美国 Boeing 公司研发的多晶硅生产工艺,该方法主要采用硅籽作为 沉积体,再将其与卤硅烷进行反应,进而制造多晶硅。流化床法制造多晶硅需要 用到流化床反应器,具体反应过程如下:将 SiHCl3 和 H2 由底部注入到反应装 置中,在经过加热区和反应区后,可以和装置顶部的硅晶体进行反应,反应条件 需要处在高温环境,同时在气相沉积的作用下,硅晶体将会不断增多,最终可以 形成多晶硅产物。该方法与西门子法相比主要具有以下优势:第一,可以进行连
加的节能,能耗大约在 40kW·h/kg 左右。然而,该方法存在着一定的安全问题, 这是由硅烷的特性决定的,硅烷是一种易燃、易爆的气体,这极大地增加了硅烷 的保存难度,在日常生产过程中不易于管理。产品和晶种相对容易受到污染,存 在超细硅粉问题,工艺和设备成熟度较低。
3. 冶金法
冶金法制备多晶硅主要分为两个步骤:第一,需要采用真空蒸馏、定向凝固等方 式对工业硅进行提纯,去除工业硅中的杂质,使其纯度达到要求。第二,通过等 离子炉清除 C、B 等元素,得到更加纯净的硅元素。通过这种方式制备的多晶硅 具有 P-极性,并且电阻系数较小,因而具有较高的光电转化效果。日本 Kawasaki Steel 企业采用的就是这种制造方式,可以有效地对工业硅进行提纯。此外,上 述方法还可以进行优化,优化过程主要用到了湿法精炼极性处理。通过这种方式 可以对多晶硅进一步进行精炼,与未使用该方法相比,可以将太阳能电池的工作 效率提升到 15%左右。由此可见,多晶硅的纯度非常的重要,通过提高多晶硅 的纯度可以极大地改变多晶硅的物理特性,能够在很大程度上提高太阳能电池的 工作效率。
6. 电解法
电解法采用电解硅酸盐的方式得到纯度较高的硅,在电解装置中,以 C 作为阳 极,反应温度控制在 1000℃,在经过一段时间的电解反应后,Si 单质将会在阴 极上附着,阳极生成 CO2 气体。电解反应对电极材料的要求较高,这是因为在 电解反应中,尤其是温度较高的反应条件下,电极极易发生腐蚀,进而将新的杂 质引入反应体系中,如 B、P 等,对硅的纯度造成影响。以 CaCl2 作为熔盐电解 为例,使用石墨作为阳极,阴极采用特制材料。电解完成后,需要将阴极置于真
多晶硅生产工艺流程(3篇)
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第1篇一、引言多晶硅是光伏产业和半导体产业的重要原材料,广泛应用于太阳能电池、太阳能热利用、半导体器件等领域。
随着新能源产业的快速发展,对多晶硅的需求量日益增加。
本文将详细介绍多晶硅的生产工艺流程,旨在为相关企业和研究人员提供参考。
二、多晶硅生产工艺流程概述多晶硅的生产工艺流程主要包括以下几个阶段:原料处理、还原反应、熔融提纯、铸造、切割、清洗、包装等。
三、多晶硅生产工艺流程详解1. 原料处理多晶硅的生产原料主要是冶金级硅(Si),其含量在98%以上。
首先,将冶金级硅进行破碎、研磨等处理,使其达到一定的粒度要求。
2. 还原反应还原反应是多晶硅生产的关键环节,其主要目的是将冶金级硅中的杂质去除,得到高纯度的多晶硅。
还原反应分为以下几个步骤:(1)将处理后的冶金级硅加入还原炉中。
(2)在还原炉中通入还原剂,如碳、氢气等,与冶金级硅发生还原反应。
(3)在还原过程中,炉内温度保持在约1100℃左右,反应时间为几小时至几十小时。
(4)反应结束后,将还原炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。
3. 熔融提纯还原反应得到的粗多晶硅中仍含有一定的杂质,需要通过熔融提纯的方法进一步去除。
熔融提纯主要包括以下几个步骤:(1)将粗多晶硅加入熔融炉中。
(2)在熔融炉中通入提纯剂,如氢气、氯气等,与粗多晶硅发生反应,生成挥发性杂质。
(3)将挥发性杂质通过炉顶排气系统排出,实现提纯。
(4)提纯结束后,将熔融炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。
4. 铸造将提纯后的多晶硅熔体倒入铸造炉中,进行铸造。
铸造过程主要包括以下几个步骤:(1)将熔融的多晶硅倒入铸锭模具中。
(2)在铸锭模具中通入冷却水,使多晶硅迅速凝固。
(3)待多晶硅凝固后,将铸锭模具从熔融炉中取出,得到多晶硅铸锭。
5. 切割将多晶硅铸锭切割成所需尺寸的硅片。
切割过程主要包括以下几个步骤:(1)将多晶硅铸锭放置在切割机上。
(2)在切割机上安装切割刀片,将多晶硅铸锭切割成硅片。
单晶硅和多晶硅的制作工艺
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单晶硅和多晶硅的制作工艺
单晶硅和多晶硅的制作工艺主要包括以下步骤:
单晶硅的制作工艺:
提纯:从石英砂中提炼出冶金级硅,并将其提纯和精炼,以去除杂质。
拉晶:使用单晶硅生长炉,通过直拉法生产单晶棒。
滚磨:采用外圆磨床滚磨外径,以获得精确的硅片直径。
切片:使用切割机将晶棒切割成一定厚度的薄晶片。
倒角:采用倒角机增加硅片边缘机械强度,减少颗粒沾污。
研磨:使用双面研磨机,去除硅片表面损伤层并达到微米级别的平整度。
抛光:使用抛光机将硅片表面达到纳米级别的平整度。
最终检测:使用检测设备来检测成品的尺寸和电学性能等是否达到预期。
多晶硅的制作工艺:
铸锭:由石英砂加工的冶金级硅精炼而来,先被铸成硅锭。
切片:将硅锭切割成片,从而加工成多晶硅硅片。
请注意,多晶硅也可作为生产单晶硅的原料。
多晶硅提纯技术
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多晶硅提纯技术目录摘要 (1)1引言 (1)2 多晶硅的提纯技术 (2)2.1 改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法 .........................2.2 流化床法——硅烷法——硅烷热分解法............................2.3冶金法——物理法——等离子体法 ................................ 3多晶硅提纯后的副产物的综合利用. (6)3.1 四氯化硅的性质 (6)3.2 四氯化硅的综合利用 .......................................... 4技术比较及发展趋势...................................................4.1国外多晶硅生产技术发展的特点.......................................4.2国内多晶硅生产技术发展趋势 (12)5 结束语 (14)6致谢 (15)7参考文献 (16)多晶硅的提纯技术及副产物的利用摘要:高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料,在未来的50年里,还不可能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。
随着信息技术和太阳能产业的飞速发展,全球对多晶硅的需求增长迅猛,多晶硅价格也随之暴涨。
自2006年以来,受市场虚高价格与短期暴利诱惑,我国掀起了一波多晶硅项目的建设高潮,规模与投资堪称世界之最。
我国多晶硅产量2005年时仅有60吨,2006年也只有287吨,2007年为1156吨,但2008年狂飙到4000吨以上,2009年,中国多晶硅产量达1.5万吨。
2008年在金融危机影响下,多晶硅价格暴跌,从最高时的四五百美元/公斤,跌至最低至每公斤五六十美元。
2010年随着海外市场复苏,多晶硅进入新一轮投产热,乐电天威、鄂尔多斯子公司等多晶硅生产企业纷纷发布投产消息。
多晶硅生产工艺
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多晶硅主要生产技术路线介绍1.(改良)西门子法——三氯氢硅氢还原法西门子法,或称三氯氢硅(SiHCl3)法是当今生产高纯多晶硅最为主流的生产工艺,生产历史已有四十多年。
实践证明,三氯氢硅生产多晶硅,具有相对安全性相对良好、沉积速率和一次转化率较高,产品纯度较高,同时可适于连续稳定运行等优点,所以成为高纯度多晶硅生产的首选生产技术。
世界上主要的多晶硅工厂和我国多晶硅项目均采用了西门子法。
西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅,然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯,提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
第三代多晶硅生产流程实现了完全闭环生产,适用于现代化的大规模多晶硅生产厂。
其特点是H2、SiHCl3、SiCl4和HCl均循环利用。
还原反应并不单纯追求最大的一次通过的转化率,而是提高沉积速率。
完善的回收系统可保证物料的充分利用,而钟罩反应器的设计完善使高沉积率得以体现。
1.1流程工艺图而第三代多晶硅生产流程(图11-3)中不能用水洗法,因为这里要求得到干燥的HCl。
为此必须采用干法回收系统,所得到的干燥的HCl又进入反应器与冶金级硅反应。
在催化剂作用下,在温度300 ℃和压力0.45MPa条件下,转化为SiHCl3,经分离和多级分馏后与副产品SiCl4、SiH2Cl2和大分子量氯硅烷分离。
SiHCl3又补充到储罐待用,SiCl4则进入氢化反应器生产SiHCl3。
,改良西门子法多晶硅的生产工艺流程可以分为:(三氯氢硅)合成、提纯、还原、(四氯化硅)氢化、尾气回收等关键技术环节。
而多晶硅产品的质量、生产成本等则由系统集成能力、控制水平、提纯净化能力、还原炉、能源以及副产物的综合利用等技术细节所决定。
要从根本上解决多晶硅生产中成本高、质量低、外排量大及规模化生产的问题,必须从系统、设备、综合利用等各方面,下大力气进行不断的技术改进。
多晶硅生产关键工艺技术有以下几个方面:氢化—高温氢化、低温氢化与氯氢化四氯化硅氢化为三氯氢硅返回系统循环利用的工艺技术主要有三类,即高温氢化(直接氢化)、低温氢化(添加硅粉氢化)和氯氢化(添加氯化氢和硅粉)等。
多晶硅生产工艺
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多晶硅生产工艺多晶硅是一种重要的半导体材料,广泛应用于电子、光伏等领域。
它具有良好的导电性和光学性能,成为了现代科技领域的重要材料之一。
多晶硅的生产工艺是多段复杂的过程,下面将对其生产工艺进行详细介绍。
多晶硅的生产工艺可以分为熔炼、提纯和生长三个主要步骤。
首先是熔炼阶段,也被称为硅材料制备阶段。
在该阶段,将高纯度的硅原料与一定比例的草酸和氯化氢溶解在相应的溶剂中,经过混合、搅拌和过滤等工艺处理后,得到硅原料混合液。
然后将混合液加热至高温,使其熔融成为硅液。
硅液通过特殊的冷却方式,形成固态硅块,即硅锭。
接下来是提纯阶段。
硅锭虽然已经形成,但其中仍然包含着杂质元素,必须进行进一步的提纯。
提纯是为了降低杂质含量,提高硅材料的纯度。
提纯工艺主要包括气相法、液相法和固相法等。
其中,气相法是最常用的提纯方法。
在气相法中,通过将硅锭放入反应炉中,利用氢气将硅锭表面的氧化硅还原为气态氧化硅,然后再通过冷凝和净化等工艺,将气态氧化硅转化为高纯度的气态硅。
这样就可以获得高纯度的硅材料。
最后是生长阶段。
生长是将高纯度的硅材料制备成多晶硅晶体的过程。
生长工艺主要有Czochralski法和漂移法两种方法。
Czochralski法是较为常用的生长方法。
在Czochralski法中,通过将高纯度的硅材料放入石英坩埚中,加热后形成熔融的硅液。
然后将从石英坩埚中拉出的单晶硅丝与旋转的种子晶体接触,通过旋转与拉扯的方式,将硅液逐渐凝固成为多晶硅晶体。
漂移法则是通过控制熔融硅液中的温度梯度和控制气氛中的杂质浓度来实现多晶硅的生长。
综上所述,多晶硅的生产工艺是一个复杂而严谨的过程。
通过熔炼、提纯和生长三个主要步骤,将原材料转化为高纯度的多晶硅晶体。
这些高纯度的多晶硅晶体能够广泛应用于电子、光伏等领域,推动了现代科技的发展。
多晶硅的生产工艺在不断改进和创新,为提高多晶硅质量和产量起到了重要作用。
多晶硅制作工艺流程
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多晶硅制作工艺流程
多晶硅的制备工艺主要包括多晶硅原料的制备、氯化还原法和硅热法
制备多晶硅两种主要工艺流程。
多晶硅制备工艺的第一步是原料的制备。
常用的多晶硅原料有硅矿石、金属硅等。
硅矿石是一种含有高纯度二氧化硅的矿石,通过富集和提纯可
以制备出多晶硅。
金属硅是通过化学还原法将二氧化硅直接还原得到的。
第二步是氯化还原法制备多晶硅。
这种方法利用三氯化硅(SiCl3)
作为中间产物,由氢气还原得到多晶硅。
具体流程如下:
(1)将原料硅矿石破碎、研磨成一定粒度的颗粒;
(2)将硅矿石与氢气在矿炉内进行反应生成氯化硅;
(3)将氯化硅与氢气在还原炉内进行反应,得到多晶硅和氯化氢。
氯化还原法制备多晶硅的优点是工艺相对简单,生产周期短,但由于
使用氯化氢等有毒气体,对环境污染较严重。
第三步是硅热法制备多晶硅。
这种方法用纯度较高的二氧化硅与金属
硅在高温下进行反应,得到多晶硅。
具体流程如下:
(1)将二氧化硅和金属硅混合均匀;
(2)将混合物放入反应炉内,在高温下进行反应;
(3)将反应后的产物进行冷却处理,得到多晶硅。
硅热法制备多晶硅的优点是生产过程中无需使用有毒气体,对环境污
染相对较少。
但工艺相对复杂,生产周期较长。
以上是多晶硅制备的两种主要工艺流程。
在实际生产中,根据企业的需求,可以选择其中一种或两种工艺进行制备。
此外,为了提高多晶硅的纯度和晶体结构,还可以通过后续的熔融、浮选、凝固等工艺步骤进行进一步的提纯和改善晶体质量。
多晶硅的生产工艺
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多晶硅的生产工艺
多晶硅的生产工艺大致分为两种:电弧炉法和硅烷法。
1. 电弧炉法:首先将高纯度的二氧化硅粉末和碳粉按一定比例混合,然后将混合物放入电弧炉中进行加热,通过电弧的高温作用,使混合物在炉内发生化学反应,生成多晶硅。
这种方法生产出的多晶硅质量较好,但对设备和能源的要求较高。
2. 硅烷法:将氯硅烷和氢气在高温下反应,生成多晶硅。
这种方法需要少量的能源和设备,生产效率高,但多晶硅质量较差,需要进行后续的精制处理。
无论是哪种生产工艺,多晶硅都需要经过精细处理,以达到高纯度和合格的晶体结构。
这个工艺流程非常复杂,具体包括原料装配、气体净化、熔炼晶化、加热冷却、剥离、切割等环节。
最后通过各种检测手段对多晶硅产品进行严格检测,确保其能够满足各种应用领域的要求。
多晶硅生产工艺和反应原理
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多晶硅生产工艺和反应原理多晶硅是一种重要的太阳能电池材料,具有高纯度、高晶片质量和较低成本的优点。
多晶硅的生产工艺主要包括硅矿炼制、硅粉冶炼、硅粉还原和硅熔炼等步骤。
其反应原理主要涉及硅矿的还原、氯化和还原等过程。
多晶硅的生产工艺可分为硅矿炼制和硅粉还原两个主要步骤。
硅矿炼制是指从硅矿中提取出硅和非硅物质的工艺。
目前常用的硅矿炼制方法包括硅石和冶金硅炉料两种。
硅石主要是指石英矿和长石矿,常用的炼制方法是先将硅矿进行磨碎和洗选,然后经高温石英石化处理,最后通过水热反应将石英石化为高纯度的硅酸盐溶液,再经过过滤、蒸发结晶等步骤得到硅酸盐固体产物。
冶金硅炉料主要是指含有较高硅含量的矿石,如金山矿、铜渣、废铁渣等,常用的冶炼工艺是将矿石进行焙烧、浸出和萃取等步骤,最终得到较高纯度的硅酸盐溶液。
硅粉还原是指将硅酸盐固体产物还原为硅粉末的工艺。
其主要反应原理是通过还原剂(如木炭、焦炭等)在高温下与硅酸盐反应,生成SiO气体和CO气体,然后进一步反应生成Si和CO2、反应可描述为:SiO2+2C→Si+2CO然而,仅通过硅粉还原很难获得高纯度的多晶硅材料,因为此过程中生成的Si粉末通常包含微量杂质和非晶硅。
为了提高晶片质量和纯度,通常需要进行硅熔炼步骤。
硅熔炼是将硅粉末在真空或惰性气氛下加热,使之熔化成液态硅的工艺。
硅熔炼反应原理是通过向硅粉末中加入硅体和其他掺杂剂,调整硅液中的杂质浓度和晶粒尺寸,以获得纯度较高的多晶硅材料。
硅熔炼通常分为两个阶段进行,首先是预熔阶段,即将硅粉末在较低温度下熔化,然后通过溶液清洁、滤渣等步骤去除杂质,然后再进行主熔阶段,即在高温下继续加热,使硅液达到合适的温度和纯度。
综上所述,多晶硅的生产工艺主要包括硅矿炼制、硅粉还原和硅熔炼等步骤。
反应原理涉及硅矿的还原、氯化和还原等过程。
随着太阳能电池市场的快速发展,多晶硅的生产工艺也在不断改进和优化,以提高生产效率和降低成本。
多晶硅的生产工艺
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多晶硅的生产工艺多晶硅是一种重要的半导体材料,广泛应用于光伏电池和集成电路等领域。
多晶硅的生产工艺包括硅矿石提取、硅块制备、硅片切割和晶体生长,下面将对其详细进行介绍。
多晶硅的生产工艺首先是硅矿石提取。
硅矿石主要包括二氧化硅、二氧化硅含量高达99%以上的化合物。
硅矿石通常采用地下或露天矿石矿井开采,经过碾磨和浮选等过程提取出硅矿石。
然后进行硅块制备,硅矿石被送入冶炼炉进行高温还原,将硅矿石中的杂质去除,得到纯度较高的冶金硅。
然后将冶金硅通过电解炉进行电解,得到高纯度的多晶硅液体。
多晶硅液体被倒入棚式炉中,经过冷却形成硅块。
接下来是硅片切割,在硅块表面涂覆一层液态脱氧剂,并通过一系列工艺处理,使硅块的形状变得更加规则。
然后将硅块切割成薄片,切成所需的硅片尺寸。
最后是晶体生长,将切割好的硅片放入石英炉中,在特定的温度和气氛下进行晶体生长。
晶体生长的过程中,硅片逐渐形成多晶硅结晶体,晶体生长速度和温度、压力、气氛等参数有关。
晶体生长完成后,通过切割和打磨等工艺得到所需的多晶硅片。
多晶硅的生产工艺需要高温、高压和专业设备进行。
其具体工艺参数和流程可以根据不同的生产要求进行调整。
多晶硅的质量和纯度对于后续的制造工艺和产品性能有着重要影响,因此在生产过程中需要严格控制工艺参数和质量检测。
总结起来,多晶硅的生产工艺包括硅矿石提取、硅块制备、硅片切割和晶体生长等步骤。
这些步骤需要高温、高压和专业设备进行,并且需要严格控制工艺参数和质量检测。
多晶硅的生产工艺对于多晶硅的质量和纯度有着重要影响,对于提高多晶硅的制造工艺和产品性能至关重要。
多晶硅生产工艺和反应原理
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多晶硅生产工艺和反应原理多晶硅是一种非常纯净的硅材料,广泛应用于半导体和太阳能产业中。
多晶硅的生产过程涉及到一系列的工艺和反应原理。
多晶硅的生产工艺主要包括硅矿石的提取、冶炼和精炼。
首先,从硅矿石中提取硅石,经过破碎和筛分等处理,得到纯度较低的硅石。
然后,通过高温还原反应,将硅石与石油焦(或木炭)在电炉中进行反应,产生硅和一些杂质物质(如Fe、Al等)。
最后,通过多次的精炼处理,将硅中的杂质去除,得到较高纯度的多晶硅。
反应原理中,最主要的是硅石的还原反应和精炼过程中的净化反应。
硅石的还原反应可由下式表示:SiO2+2C→Si+2CO在高温下,硅石与石油焦(或木炭)反应,硅石被还原成硅,同时生成一氧化碳气体。
这一反应通常在电炉中进行,温度可达到1500-1800°C。
还原反应具有放热和放烟雾的特点,因此需要采取措施来控制温度和排放烟雾。
精炼过程中的净化反应是指对多晶硅中的杂质进行去除。
净化通常采用的方法是通过冶金程序或固相反应。
冶金程序通常包括氧化、蒸汽还原和酸洗等步骤,以去除多晶硅中的金属杂质。
固相反应则是通过与其他金属形成化合物或形成气体物质,将杂质从多晶硅中分离出来。
在多晶硅的生产过程中,还有其他一些重要的工艺和反应原理。
例如,硅杂质的控制和添加物的选择对多晶硅质量有着重要的影响。
此外,还有相关工艺,如晶体生长、切片和还原二氧化硅等工艺,以获得具有特定形状和尺寸的多晶硅。
总结起来,多晶硅的生产过程涉及到硅矿石的提取、冶炼和精炼等工艺。
其中,硅石的还原反应和净化反应是两个重要的反应原理。
通过这些工艺和反应原理,可以获得高纯度、高质量的多晶硅材料,为半导体和太阳能等产业提供关键的材料基础。
多晶硅生产工艺 (2)
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多晶硅生产工艺
多晶硅生产工艺是指将硅矿石(如石英砂)通过一系列的化学和物理处理方法,将其转化为多晶硅的过程。
这个工艺主要包括以下几个步骤:
1. 提炼硅矿石:先将硅矿石破碎,并将其与酸进行混合,以去除其中的杂质。
然后通过回流法或络合物法来提取纯度较高的硅矿石。
2. 再熔化硅矿石:将纯度较高的硅矿石放入电炉中进行熔化。
在加热过程中,根据需要添加少量的硼、磷等掺杂元素。
3. 晶体生长:将熔化的硅液逐渐冷却,使其逐渐凝固形成晶体。
这个过程中需要通过控制温度和时间,以及施加适当的拉扯力,来获取合适尺寸和结构的多晶硅晶体。
4. 切割和修整:将生长好的多晶硅晶体切割成薄片,并进行修整,以获得需要的大小和形状。
5. 清洗和检测:对切割修整好的多晶硅片进行清洗,去除残留的杂质和表面污染物。
然后对多晶硅片进行检测,以确保其质量和性能符合要求。
这些步骤是多晶硅生产的基本工艺,并且可能会因为生产厂家和具体应用要求而有所不同。
在实际生产中,还会结合其他的工艺和设备,以提高多晶硅的产量和质量。
多晶硅精馏的原理和应用
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多晶硅精馏的原理和应用1. 原理多晶硅精馏是一种将多晶硅材料进行分离和提纯的技术方法。
其原理主要基于多晶硅的熔点和挥发性差异。
通过加热多晶硅材料,将其中的杂质分子和低熔点组分挥发出来,实现对多晶硅的纯化。
多晶硅精馏的原理可以分为以下几个步骤:1.1 加热和汽化多晶硅材料首先被加热至其汽化温度,此时杂质分子和低熔点组分开始挥发。
加热过程中,控制多晶硅的温度,使其保持在稳定的汽化温度范围内。
1.2 分馏和冷凝挥发出来的杂质分子和低熔点组分进入分馏塔,通过分馏的方式将其与多晶硅分离。
分馏塔顶部设置冷凝器,将挥发出来的组分进行冷凝,并收集。
1.3 回流和再次挥发将冷凝后的液体回流至分馏塔,再次加热并进行挥发。
通过多次加热和挥发,不断提高多晶硅的纯度。
1.4 收集和冷却通过冷凝器收集纯化后的多晶硅,通过冷却使其凝固成为固体。
2. 应用多晶硅精馏技术在半导体材料和太阳能电池领域有广泛的应用。
以下是多晶硅精馏的几个常见应用场景:2.1 半导体材料生产多晶硅纯度对半导体材料的性能具有重要影响。
采用多晶硅精馏技术可以有效提高多晶硅的纯度,使其满足半导体材料的要求。
纯化后的多晶硅可以作为半导体材料的基础材料,用于制备各种电子元件和集成电路。
2.2 太阳能电池制造多晶硅是太阳能电池制造的核心材料之一。
通过多晶硅精馏技术可以获得高纯度的多晶硅,用于制备太阳能电池的硅片。
高纯度的多晶硅可以提高太阳能电池的效率和稳定性。
2.3 光伏材料研究多晶硅精馏技术也被广泛应用于光伏材料研究领域。
通过精馏技术可以实现对多晶硅材料的纯化和提纯,为研究光伏材料的性能和特性提供高纯度的多晶硅样品。
2.4 材料科学研究多晶硅精馏技术在其他材料科学研究中也有应用。
如研究多晶硅的物理性质、热学性质等方面,需要高纯度的多晶硅样品进行实验和测试。
3. 总结多晶硅精馏技术是一种将多晶硅进行分离和提纯的技术方法。
通过加热和挥发的过程,可以将多晶硅中的杂质分子和低熔点组分分离出来,实现对多晶硅的纯化。
多晶硅生产工艺流程
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多晶硅生产工艺流程多晶硅是一种产业用途广泛的材料,主要用于光伏太阳能电池板和半导体器件的制造。
多晶硅生产工艺流程包括硅矿选矿、冶炼、提纯和铸锭过程。
以下是多晶硅的生产工艺流程的详细介绍。
1.硅矿选矿多晶硅的原材料主要是含有二氧化硅的硅矿石,如石英砂、硅石等。
在硅矿选矿过程中,会先分离出含有高纯度二氧化硅的石英砂和硅石。
选矿过程主要包括二次破碎、筛分和重选等步骤,以提高硅矿的纯度。
2.冶炼选矿后的硅矿石通过冶炼过程将硅矿石中的杂质去除,并得到多晶硅的粗锭。
冶炼过程一般采用电弧炉进行,首先将硅矿石与焦炭按一定比例混合,然后通过电极放电产生高温、高电弧强度的等离子体,在高温下将硅矿石还原为金属硅。
3.提纯冶炼得到的粗锭中含有大量的杂质,需要通过提纯过程将杂质去除,提高硅的纯度。
提纯过程主要包括溶解、晶体化和冷凝等步骤。
首先将粗锭切割成小块,然后将小块放入高温炉中进行溶解,使杂质在溶液中被分离出来。
接着,将溶液在低温条件下快速冷却和晶体化,从而使纯净硅晶体在溶液中析出。
最后,通过连续冷凝和提拉的方法将硅晶体逐渐拉长,形成高纯度多晶硅棒。
4.铸锭提纯后的硅棒是多晶硅的基础材料,但其直径较细,不能满足工业生产的需求。
因此,需要通过铸锭过程将硅棒拉制成直径较大的硅棒,以便后续加工制造太阳能电池板和半导体器件。
铸锭过程是在真空下进行的,将硅棒浸入熔融的硅池中,然后缓慢提拉和旋转,使硅棒逐渐变长,并且保持直径一致。
以上就是多晶硅生产的工艺流程的详细介绍。
通过选矿、冶炼、提纯和铸锭等步骤,可以生产出高纯度的多晶硅,为太阳能电池板和半导体器件的制造提供了重要的原材料。
随着科技的不断发展,多晶硅的生产工艺也在不断创新和改进,以提高生产效率和降低成本。
铝硅铁合金法提纯太阳能级多晶硅工艺研究
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铝硅铁合金法提纯太阳能级多晶硅工艺研究铝硅铁合金法提纯太阳能级多晶硅工艺研究摘要:太阳能是一种清洁、可再生的能源,随着对能源需求的增加,太阳能产业得到了迅猛发展。
多晶硅是太阳能电池制造的主要原材料,其纯度对于电池性能具有重要影响。
本文通过研究铝硅铁合金法提纯多晶硅的工艺,探讨了该方法在提高多晶硅纯度方面的潜力。
1.引言多晶硅是由硅矿石经过炉热反应转化得到的,其晶粒内含有大量杂质,如铝、铁等。
这些杂质会对太阳能电池的性能产生负面影响,因此提高多晶硅的纯度对于提高太阳能电池效率和降低成本具有重要意义。
2.铝硅铁合金法提纯多晶硅的工艺铝硅铁合金法是一种常用的提纯多晶硅的方法,其工艺主要包括以下几个步骤:先将多晶硅与铝和铁按一定比例混合,随后在高温条件下进行反应,形成硅铁铝合金。
随着反应的进行,合金中的杂质元素与硅逐渐分离,形成较稳定的化合物。
最后,通过冷却和分离等步骤,可以得到纯度更高的多晶硅。
3.工艺对多晶硅纯度的影响研究表明,铝硅铁合金法可以有效地去除多晶硅中的杂质元素,提高多晶硅的纯度。
合金反应过程中,铝和铁与多晶硅中的杂质元素发生反应,形成稳定的化合物。
这些化合物在高温条件下较为稳定,不易分解,因此可以有效地降低多晶硅中的杂质含量。
此外,铝硅铁合金法还能够在一定程度上控制多晶硅的晶粒尺寸和形状,进一步提高多晶硅的电池性能。
4.优化工艺条件为了进一步提高铝硅铁合金法的提纯效果,需要优化工艺条件。
首先,可以通过调整反应温度和时间来控制合金的成分和晶粒尺寸。
其次,可以优化铝和铁的添加量,以达到最佳的提纯效果。
此外,还可以研究不同形式的助剂对提纯效果的影响,例如添加剂的种类和浓度等。
5.结论铝硅铁合金法是一种有效的提纯太阳能级多晶硅的方法,通过在高温条件下进行反应,可以去除多晶硅中的杂质元素,提高多晶硅的纯度。
此外,铝硅铁合金法还能够控制多晶硅的晶粒尺寸和形状,进一步提高电池性能。
优化工艺条件可以进一步提高提纯效果,为太阳能电池制造提供更高质量的原材料。
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多晶硅提纯技术和工艺类型一、多晶硅生产工艺综述从大的类别来讲,硅提纯技术可以简单的划分为化学法和物理法,分别以改良西门子法和物理法为代表,还有其他的通过部分环节的改进、优化和调整产生的变异的提纯工艺。
其中化学提纯方法主要有西门子法(气相沉淀反应法)、甲硅烷热分解法、流态化床法,而物理提纯方法主要有区域熔化提纯法(FZ)、直拉单晶法(CZ)、定向凝固多晶硅锭法(铸造法)。
图1是西门子公司的代表在2008年12月份在上海举行的《2008国际太阳级多晶硅会议》上展示的。
从这幅图片看出,无论是半导体还是光伏应用,现在世界上75%的多晶硅都是采用这种工艺生产的。
如果考虑到循环流化床法其实也只不过是西门子法的改进,而锌还原法和硅烷法都是西门子法的变种,那么可以看到,在2005年,UMG的产量可以说为零,但到2010年,西门子法的份额从91%退到了75%,而物理法(MG-SOG),则从零增加到了11%的份额。
图1:各种不同的工艺在2005年和2010年所占的比例UMG:upgraded metallurgic grade;MG-SoG:Metallurgic Grade to Solar Grade二、主要硅提纯工艺分别介绍1 改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅,然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯,提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。
国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。
2 流化床法——硅烷法——硅烷热分解法硅烷(SiH4)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。
然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。
以前只有日本小松掌握此技术,由于发生过严重的爆炸事故后,没有继续扩大生产。
但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。
以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内(沸腾床)高温高压下生成三氯氢硅,将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅,继而生成硅烷气。
制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅产品。
因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大,生产效率高,电耗低与成本低,适用于大规模生产太阳能级多晶硅。
唯一的缺点是安全性差,危险性大。
其次是产品纯度不高,但基本能满足太阳能电池生产的使用。
此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。
目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。
此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。
3 冶金法——物理法——等离子体法据资料报导,日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂(SHARP公司)应用,现已形成800吨/年的生产能力,全量供给SHARP 公司。
主要工艺是:选择纯度较好的工业硅(即冶金硅)进行水平区熔单向凝固成硅锭,去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后,进行粗粉碎与清洗,在等离子体融解炉中去除硼杂质,再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭,去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分,经粗粉碎与清洗后,在电子束融解炉中去除磷和碳杂质,直接生成太阳能级多晶硅。
现在,只有BSI和ELKEM能够批量生产,DOW CONNING,5N的多晶硅,13.3% 的光电转换效率。
物理法的目标是做到6N,也就是杂质要做到1个ppm以下,但那一个ppm的杂质,是硼,是磷,还是铁,或者是哪几种杂质混合的,每种杂质的比例又是多少,这种种不同的组合,所得到的硅材料的性能是大不一样的。
由于物理法的极限又刚好在6N附近,因此,材料的质量稳定性,其实,也就是硅中各种杂质的含量的稳定性,就是十分重要的。
4 气液沉积法VLD据资料报导,以日本Tokuyama公司为代表,目前10吨试验线在运行,200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。
主要工艺是:将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃,流体三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入,在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅,然后滴入底部,温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。
1、精馏提纯。
西门子法多晶硅厂家排出的四氯化硅,纯度一般为99-99.5%左右,而锌热还原法,最低要求气体纯度是6N,因此必须经过精馏提纯气体方可使用。
精馏提纯工艺中,使用的精馏塔一般有两种,一种是筛板式,一种是填料式。
选用精馏塔的原则,在下认为应该遵循质量和效率两方面。
关于B杂质,一般认为,光纤用四氯化硅对B杂质无多高要求,而做锌还原法则不同,对B有严格要求。
关于B杂质的去除,在西门子法的精馏工艺当中,也并非易事。
如国内新光,从俄罗斯引进了湿氮除B的工艺,但实验结果并不理想。
B 杂质在三氯氢硅与四氯化硅中,主要以BCL3的形式存在,P杂质主要以PCL3形式存在,因此,需要将其与其他成分化合,形成高沸点的络合物,以便从四氯化硅中除去。
据在下了解,参照国外西门子多晶厂家的工艺,添加成分为二苯基硫卡巴腙和三苯基氯代甲烷,可与上述杂质形成高沸点络合物大分子。
2、传统锌热还原法与改善建议。
传统锌热还原法的还原构造,一般为卧式反应器。
大致构造为锌蒸汽管、四氯化硅管和排气管。
通过输入气体,使之在反应器的石英舟中进行还原与结晶。
硅结晶体为针状。
此反应器的缺陷比较明显,主要是在结晶过程中,硅与石英舟壁接触,石英舟中的杂质会在高温下向硅晶体中扩散与游离,影响产品纯度。
故此,以前用此工艺生产的晶体硅,纯度在5N左右,国内目前做的小试样品,据说只有4N。
另一种思路为,用此还原的4N硅结合冶金物理法后段定向凝固工艺将其进一步提纯,在下认为此做法不可取,因为如此一来,必然导致制造成本升高,那么锌热还原法也就失去了低成本工艺的优势。
据在下了解国外的工艺,其为了采用此工艺制造出高纯度多晶硅,将卧式反应器改为了立式,且还原出的多晶硅,不与反应器壁接触,避免了污染。
具体为,将锌蒸汽与四氯化硅气体通过设置在反应室上方的管道输入,让硅沿着输气管道结晶,反应温度一般为800-1200摄氏度。
可以看出,做了改善后,只要原料气体纯度足够,此工艺的产品纯度会有较大的提升空间。
3、锌蒸汽的纯度要求与蒸发速率控制。
锌蒸汽纯度要求,一般认为在5-6N为宜。
锌蒸汽的蒸发速率不稳定,这点,在下不甚了解,不敢乱说,但应该可以同设备厂家与冶金专家协同解决。
4、废物回收循环利用。
因为高纯度锌非常昂贵,因此,还原后的氯化锌产物重新利用变得很重要。
可以考虑采用电解等工艺来回收重新循环利用,降低成本。
从以上可以看出,精馏取得高质量四氯化硅与高纯度锌是前提保障,过程还原反应为核心,废物回收循环利用为低成本最重要因素。
5 四氯化硅-锌还原法四氯化硅-锌还原法,成本低,有希望成为实现太阳能级硅的大规模生产技术,会使太阳能级硅成为电子级硅生产的副产品。
尽管我国目前的产业基础比较薄弱,但是可以探索该项技术的发展;6 CP法——物理法的变体CP法,指的是化学物理法。
普罗公司所发明的CP法生产太阳能多晶硅,采用高温冶炼、炉外精炼、湿法冶金、粉末冶金、真空冶金以及离子交换等多项专有技术,去除各类杂质,最终将硅料提纯到6N~7N太阳能级多晶硅,并进行及多晶硅铸锭的专利生产工艺。
整个生产过程无污染排放,而且耗能低。
生产每单位重量的多晶硅所耗的能源仅相当于西门子法的1/5。
与传统的西门子法、循环流化床法、硅烷法等常规化学法多晶硅生产工艺不同。
CP法生产多晶硅的过程中,作为材料的主体,99%以上的硅元素自始至终不发生化学反应,参与反应与作用的仅仅是硅中的杂质。
这使得CP法的能耗比化学法大大降低,污染也大为减小,实际上,CP法生产多晶硅是完全没有污染排放的,是目前世界上最为清洁的多晶硅生产工艺。
与现在国际上许多物理法也不同,对于那些没有化学反应但耗能很高的物理过程,普罗也采用更为经济和清洁的化学方法来与这些杂质进行反应。
所有的反应物都是循环再用的,所以,CP法的整个生产过程是没有任何有害物质排放的。
CP法太阳能级多晶硅生产工艺共涉及到矿热炉冶炼、炉外精炼技术、湿法冶金、粉末冶金、真空熔炼、运动控制、石墨加热体、真空感应炉、温度场控制、定向凝固技术等数十个发明和实用新型专利,所有专利技术均为普罗公司自主研发。
虽然公司成立才一年的时间,但来自全球各地的精英技术团队使普罗已经能够从以下多个方面处于世界一流的水平:用CP法从金属硅生产太阳能级6N多晶硅的全套工艺技术高温精炼造渣去杂工艺用于固液相离子交换去杂的生产工艺与设备用于真空提纯、可选择性去杂的真空感应电阻炉精密温度场控制的多晶硅铸锭设备高纯度金属硅的生产工艺与整厂设备超细粉末的真空冶炼技术薄膜硅由于薄膜硅太阳能电池,采用的是硅烷、四氯化硅或者三氯氢硅,而不会再用多晶硅,因此,这些薄膜的材料就会对物理法多晶硅的市场造成直接的侵犯。
薄膜硅之所以能够得到大家的重视,就是由于现在硅材料太贵,而晶体硅的用硅量太多,比如现在常用的多晶硅电池片的厚度通常最薄也在160微米左右,而薄膜硅的厚度只有2~3微米,因此,似乎可以省去许多材料。
薄膜是要进行CVD沉积的,目前从工艺效率和环保的角度来说,最佳的原料气体应该是硅烷气。
硅烷气的成本如果按照目前的进口到岸价,要达到近2000元/公斤,而如果国内可以达到批量生产的话,价格应当在300元/公斤左右。
而考虑到硅烷的沉积效率,有人计算过,每瓦非晶硅薄膜太阳能电池所用的硅烷气的成本约为4元人民币,而目前每瓦多晶硅电池所用的硅材料的成本是25元左右。
但是,上述的比较是假定硅烷为30万/吨、而多晶硅为300万/吨来比较的,而且,还没有计算硅烷气变成非晶硅薄膜的时候的用电和损耗。
如果,每吨多晶硅的价格降到30万元一吨(这样,物理法的多晶硅生产厂依然可以保有50%以上的利润),则多晶硅电池的硅材料的成本将下降到2.5~3元/瓦,低于每瓦薄膜电池所用的硅烷气的成本。
由于晶体硅电池的光电转换效率高,因此,在后续的电池成本、组件成本和安装成本的较量中,晶体硅还会占些上风。
因此,只要多晶硅的成本下来,在成本方面是不必惧怕薄膜太阳能电池的。
只有那些需要柔性薄膜,实现光伏建筑一体化等特殊用途,是晶体硅没有办法做到的。
但是,在那种情形,薄膜硅的衬底也不能采用玻璃了,用什么材料,需要多高的成本,可能也要重新计算过再说。
其实,说到薄膜太阳能电池,物理法多晶硅的那些与化学法相比的所有的短处,反倒成了长处。
效率,物理法多晶硅至少已经可以达到13%了;光致衰减,现在几个国家的试验都表明没有衰减。
而薄膜的,单层的转换效率只能在6~8%之间波动,而衰减怎么样都是存在的。