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工業(yè)硅定向凝固提純研究

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內(nèi)容提示：隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，人類對能源的需求不斷增長，石油、煤炭等不可再生資源日益枯竭。太陽能作為一種清潔的可再生能源，其研究和開發(fā)得到了快速發(fā)展。光伏產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)式增長使得太陽能級多晶硅材料的供給出現(xiàn)巨大缺口。傳統(tǒng)的西門子法已經(jīng)不能滿足光伏市場的發(fā)展需求。物理冶金法具有投資小、成本低等優(yōu)點而受到各國的廣泛關注。 定向凝固工藝是物理冶金法制備太陽能級多晶硅的一個重要環(huán)節(jié)。它通過控制溫度場變化使得鑄錠單向生長，并利用分凝效應將雜質(zhì)元素富集到鑄錠頂部，，以達到提純的目的。本課題采用自行設計的真空感應熔煉爐，以熔煉后直接拉錠方式對工業(yè)硅進行了定向凝固提純研究及工藝優(yōu)化，并對鑄錠組織、成分及電阻率分布進行分析，系統(tǒng)評價了定向凝固對工業(yè)硅的提純效果。研究結果表明： 工業(yè)硅一次定向凝固鑄錠中約有50％區(qū)域達到4N，其中Fe、Cu、Ni、Ti等金屬雜質(zhì)去除率在96％以上；取該區(qū)域材料進行二次定向凝固，大部分金屬雜質(zhì)含量降到10-6以內(nèi)，金屬雜質(zhì)總含量在5×10-6以內(nèi)；降低拉錠速率或增大坩堝尺寸可以使固液界面趨于平直，以增加提純效果； 一次定向凝固后，雜質(zhì)在固液界面的不斷富集使得粗大柱狀晶在一定高度停止生長，出現(xiàn)斷層：斷層下部為P型硅材料，電阻率隨P元素增加，在豎直方向增大，并在斷層處達到最大值；斷層上部為N型

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