Моделирование высокотемпературных процессов рафинирования высокочистого металлургического кремния как сырья для выращивания мультикремния для солнечной энергетики

• Автор: Елисеев, Игорь Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Улан-Удэ
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Список сокращений, используемых в работе

Глава I. Определение параметров кремния «солнечного» сорта

1.1. Солнечная энергетика

1.2. Кремний

1.3. Получение технического кремния

1.4. Методы получения полупроводникового кремния

1.5. Фотоэлектрическое преобразование света

1.6. Факторы, ограничивающие КПД солнечных элементов и батарей

1.7. Влияние дефектов и примесей

1.8. Выводы

Глава II. Исследование методов очистки кремния при направленной кристаллизации

2.1. Постановка задач
2.2. Экспериментальная база для рафинирования
2.3. Описание экспериментов по рафинированию кремния
2.4. Сублимация примесей
2.5. Материал тигля
2.6. Выращивание мультикремния
2.7. Сегрегация примесей при нормальной кристаллизации
2.8. Распределение примесей в кремнии
2.9. Выводы
Глава III. Моделирование процессов рафинирования кремния
3.1. Основные этапы развития методов физико-химического моделирования
3.2. Основные определения
3.3. Полезные формальные соотношения
3.4. Термодинамические потенциалы, физические константы, единицы измерения, обозначения, стандартные состояния
3.5. Минимизация энергии Гиббса
Используемый программный аппарат
3.6. Обоснование выбора независимых компонентов
3.7. Источники, погрешность и согласованность термодинамической информации.,
3.8. Создание согласованной базы данных термодинамических параметров
3.9. Результаты
Глава IV. Выбор оптимальных условий рафинирования кремниевого расплава на основе расчета физико-химических моделей
4.1. Удаление углерода
4.2. Удаление бора
4.3. Удаление фосфора
4.5. Удаление железа
4.6. Эксперимент по удалению бора и железа
4.7. Удаление щелочных и щелочноземельных металлов
Глава V. Технология получения «солнечного» кремния
5.1. Поступление примесей в кремний
5.2. Технология получения кремния
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Литература
Приложение 1 Основные характеристики кремния
Приложение 2. Химический состав кварцитов и восстановителей
Приложение 3. Рассчитанный состав для системы с «легкими» металлами
Список сокращений, используемых в работе
£(7-57, БС-кремний - кремний солнечного сорта. Поликристаллический и гранулированный кремний, служащий исходным сырьем для роста моно и мультикремния.
Мультикремний - поликристаллический кремний с колонной структурой моноблоков, ориентированных в направлении оси роста и поперечным сечением не менее 2 мм.
Поликремний - кремний, полученный в результате восстановления трихлорсилана водородом. Имеет достаточно высокую химическую чистоту, однако не обладает кристаллической структурой необходимой для создания р-п перехода и поэтому не может быть использован для изготовления ФЭП.
ФЭП, фотоэлемент - фотоэлектрический преобразователь.
КПД- коэффициент полезного действия.

поверхности расплава, поэтому определение эффективного коэффициента, в этих условиях, для него затруднено (он получается ниже равновесного).
Табл. 12. Распределение примесей по длине образцов мультикремния, полученного из 755 сырья, ppm
А1 Fe Ms Ca Ti Mn Ni V Cu Zr В
КРС-47-1 3,1 9,5 2 12 <1 0,7 <1 <5 <10 <5 10,5
КРС-47-2 32 5,3 1 <8 <1 0,7 1 <5 <10 <5
КРС-47-3 1 <3 1 11 <1 0,6 <1 <5 <10 <5 8,7
КРС-47-4 2,8 14 2,5 <8 1 0,7 <1 <5 <10 <5 9,4
КРС-47-5 1,3 <3 1,7 <8 <1 0,8 1 <5 <10 <5
КРС-47-6 4,3 <3 1,3 10 <1 0,6 <1 <5 <10 <5 11,5
КРС-47-7 1,8 3,9 3,8 <8 <1 0,7 <1 <5 <10 <5
КРС-47-8 1,1 <3 0,9 <8 <1 0,7 <1 <5 <10 <5 9,9
КРС-47-9 26 7,1 1,5 <8 <1 0,8 <1 <5 <10 <5 12,2
КРС-47-10 15 39 0,8 8,9 4 2,4 5 5,2 <10 8,1 11,7
КРС-60-1 <0,01 5,4 0,43 23 0,07 0,7 1,2 <5 <20 10
КРС-60-2 <0,01 30,2 0,32 <20 0,06 0,6 3,5 <5 <20 <10
КРС-60-2 <0,01 13,8 1,1 27 0,04 0,7 0,9 <5 <20 10
КРС-60-3 <0,01 2,7 0,18 21 0,08 <0,5 1,1 <5 <20 <10
КРС-60-4 <0,01 3,4 0,22 <20 0,08 0,5 0,6 <5 <20 <10
КРС-60-5 <0,01 13,9 0,47 <20 0,12 0,5 1,0 <5 <20 <10
КРС-60-5 <0,01 3,4 1,2 <20 0,04 0,8 0,6 <5 29 12,3
КРС-60-6 <0,01 <1 8,4 <20 0,5 0,7 0,7 <5 <20 <10
КРС-60-7 <0,01 8,7 0,12 <20 0,15 0,5 0,8 <5 29 <10
КРС-60-8 1,7 247 0,29 21 11,6 3,2 2,4 16,1 30 <10
КРС-60-9 429 3250 0,1 74,4 370 150 71 237 27 181
КРС-60-10 807 5770 0,12 100 838 236 163 467 51 1200
КРС-62-1 10,4 4,4 0,89 <20 0,08 <0,5 0,7 5 <20 <10
КРС-62-2 <0,01 5,3 0,15 <20 0,08 <0,5 0,7 <5 <20 <10
КРС-62-3 <0,01 120 0,25 <20 0,08 0,8 0,4 <5 25 <10
КРС-62-3 <0,01 8,1 0,45 <20 0,02 0,8 1,0 <5 20 12,8
КРС-62-4 <0,01 17,9 0,93 <20 0,06 0,8 0,7 <5 <20 10,5
КРС-62-5 <0,01 50,8 0,48 27 0,11 0,5 0,7 <5 <20 <10
КРС-62-5 1,6 4,4 7,4 24 0,04 <0,5 0,4 <5 26 <10
КРС-62-6 <0,01 5,1 0,58 27 0,09 0,6 1,0 <5 <20 <10
КРС-62-7 <0,01 3,9 0,22 20 0,08 <0,5 1,6 <5 <20 <10
КРС-62-8 <0,01 44,4 0,84 29 0,06 0,7 0,5 <5 22 <10
КРС-62-9 101 576 0,24 25 48,1 17,8 1,4 35 21 23,5
КРС-62-10 1310 8030 0,24 34 1240 362 225 822 83 2830
Исп. сырье А1 Fe Mg Ca Ti Mn Ni V Cu Zr В
755 165 800 7,5 20 65 80 30 55 10 40
755 крупный 60 500 6 30 100 50 20 20 10 30
755 верх 50 200 20 30 10 30 15 20 5 8
среднее 755 92 500 11 27 58 53 22 32 8 26