合金法提純是制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的工藝之一,在Al-Si合金提純多晶硅工藝中,冷卻速率對(duì)初晶硅的形貌和純度都有重要的影響。本文對(duì)成分為Al-30wt%Si合金采用不同冷卻速率進(jìn)行處理,分析初晶硅的形貌以及雜質(zhì)含量的變化。結(jié)果表明,隨冷卻速率的降低,初晶硅的長(zhǎng)度和寬度逐漸增加,初晶硅收率逐漸增加,并且在較低冷卻速率下,初晶硅晶粒的<111>擇優(yōu)生長(zhǎng)更加明顯。同時(shí),冷卻速率對(duì)初晶硅中的雜質(zhì)含量產(chǎn)生了顯著影響,在較低冷卻速率下,雜質(zhì)的去除率較高,并且有利于Ti和B雜質(zhì)的去除。為了獲得較高的收率和較好的雜質(zhì)去除率,Al-30wt%Si合金雜凝固過(guò)程中的冷卻速率應(yīng)低于3℃/min。 

【文章來(lái)源】：人工晶體學(xué)報(bào). 2020,49(06)北大核心

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【部分圖文】：

不同冷卻速率下Al-30Si合金鑄錠顯微形貌圖

圖3為不同冷卻條件下Al-30Si合金鑄錠酸洗后初晶硅的收率變化曲線。本文中將尺寸大于150 μm的硅晶粒(對(duì)應(yīng)篩子目數(shù)為100目)定義為初晶硅,小于0.15 mm的硅晶粒定義為共晶硅,初晶硅收率的計(jì)算公式如圖中所示。從圖中可以看出,隨冷卻速率的降低,初晶硅的收率逐漸增加。當(dāng)采用冷卻速率為8 ℃/min時(shí),初晶硅的收率為42%;而將冷卻速率降低至2 ℃/min時(shí),初晶硅的收率增高至44.9%�？梢�,降低冷卻速率有利于提高初晶硅的收率,這一結(jié)果與圖2中分析結(jié)果相一致。同時(shí)還可以看到,當(dāng)冷卻速度降低至5 ℃/min后,初晶硅收率的增加趨勢(shì)變緩。另外,由相圖計(jì)算可知,成分為Al-30Si合金平衡凝固后,初晶硅的理論收率為66.4%,這一結(jié)果高于實(shí)驗(yàn)中所獲得的收率。這可能是因?yàn)樵贏l-30Si合金在凝固過(guò)程中,由于合金中Si原子濃度低,Si原子遷移至晶核表面需要的時(shí)間較長(zhǎng),因此大量初晶硅晶核沒(méi)有充分長(zhǎng)大從而尺寸較小(<150 μm)。這些細(xì)小晶粒一方面在初晶硅酸洗后不易收集,另一方面,也不易與共晶硅晶粒區(qū)分開,因此在本試驗(yàn)中未被定義為初晶硅。圖3 不同冷卻條件下初晶硅的收率變化曲線

圖2 不同冷卻條件下初晶硅的長(zhǎng)度和寬度變化曲線表2 不同冷卻速率下初晶硅中雜質(zhì)含量Table 2 Impurity content in primary Si under different cooling conditions/ppmw B P Fe Ti Cu 2 ℃/min 3.11 16.16 5.88 0.72 0.54 3 ℃/min 4.57 17.95 7.71 0.55 0.66 4 ℃/min 4.57 19.03 9.51 3.93 0.78 5 ℃/min 4.99 21.92 11.55 4.19 1.44 6 ℃/min 5 22.34 12.57 2.73 1.59 7 ℃/min 5.15 23 12.87 2.9 1.7 8 ℃/min 5.35 24.64 17.36 3.21 2.91

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]半固態(tài)處理對(duì)Al-50wt%Si合金初晶硅形貌的影響研究[J]. 強(qiáng)璐,高昂,趙旭,祁雪燕,梁森,李海波,高忙忙.  人工晶體學(xué)報(bào). 2019(07)



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