Новая технология рафинирования кремнияИ.А. Елисеев, А.И. Непомнящихг. Иркутск, Институт геохимии СО РАН. презентация

РАН.

90 TВтч/год
Доля выработки энергии от PV: 0.50%.
Доля выработки энергии от PV в Европе достигнет более 12% к 2020 году. (По данным EPIA http://www.epia.org/)

Глобальное потребление электроэнергии

SiO2 + 2C = Si + 2CO
Получение трихлорсилана Si + 3HCl ↔ SiHCl3 + H2
Ректификация трихлорсилана
Восстановление трихлорсилана водородом и высаживание поликремния на горячем стержне.
Выращивание слитков мультикремния

кремний

2

10

30

50

104

102

10-1

10-3

10-5

Солнечный
кремний

ХЛОРИРОВАНИЕ

Восстановление

UMG-Si

MG-Si

Поликремний

$/kg

15

менее 10 ppm
Бор – менее 0,3 ppm
Легирующие примеси (Р, As) < 0,1 ppm
Металлы Σ<0.1 ppm

получения кремния высокой чистоты

Начало работ по тематике «Солнечный кремний» в Институте геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН – 1996 год

– 1 моль; В – 0,00005 моль; H2O – 0, 01 моля; воздух – 1 моль.

Проблема бора

– 1 моль; В – 0,00005 моль; H2O – 0, 005 моля; воздух – 0,5 моль.

Проблема бора

примесей

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

образования Р2

Расчет удаления примесей

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

Si-Р-N-O

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

(полное количество железа 5х10-3 моль).

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

(полное количество железа 5х10-3 моль).

1 моль воздуха
1 моль Si

10 молей воздуха

5 молей воздуха

3 моля воздуха

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

газовой фазы при барботаже расплава кремния с примесями железа хлором

Расчет удаления примесей

В

K,
Al,
Na,
Ca,
Mg

Ni,
Ti,
V,
Mn

Fe

P

области

печи на ЗАО “Кремний” (г.Шелехов).
Масса расплава кремния в ковше была 3000 kg, количество водяного пара 9 kg и количество воздуха 206 m3. Для эксперимента был специально разработан и изготовлен генератор влажности.

H2O

Газовая смесь

Генератор парогазовой смеси

шлак

Продуваемая парогазовая смесь

в рафинированном кремнии

режимов рафинирования расплава металлургического кремния в ковше промышленных рудно-термических печей (РТП) с массой расплава кремния от 800 до 3 000 кг.
Предназначен для отчистки кремния от бора, фосфора и легких металлов . При этом за счет конструктивных особенностей ГГС возможно гибко изменять параметры проведения рафинирования.

печей ТОО МК «Kaz Silcon» г.Уштобе р. Казахстан.

практических испытаниях генераторов газовых смесей на ТОО МК KazSilicon г. Уштобе Казахстан 17-24 декабря 2007 года

ккал

Параметры ковша:
Масса – 1,5 тонны Al2O3
1 тонна стали
Температура расплава – 17000С
Температура поверхности –600С
Потери тепла ~ 54 кВт = 46 431 ккалл в час (среднее через 60 минут после заливки)

Затраты воздуха (18% O2 на подержание температуры)

209 м - O2 ; 4,7 м3
26 м3 – воздуха в час

SoG мультикремния из высокочистого рафинированного MG кремния.

Разработана принципиально новая технология получения мультикремния для солнечной энергетики.

барботируемого кремния за счет объема подаваемой смеси.
Применение водяного пара для дополнительной очистки кремния.
Предварительная оценка и корректировка объемов газовой смеси и количества необходимых компонентов, позволяющая снизить потери кремния.
Изменение состава газовой смеси, необходимое для создания эффективных условий чистки кремния

помощью компьютерного моделирования на ПК «Селектор» были описаны процессы взаимодействия примесей и показаны пути решения задач по удаления примесей В, P и Fe из кремниевого расплава
Разработанные Институтом геохимии генераторы газовых смесей позволяют легко включать их в существующую технологическую линию получения кремния и получить в результате управляемую очистку расплава кремния от бора совмещенную с удалением фосфора, мышьяка, углерода, кальция, натрия, калия, алюминия и других примесей.