多晶硅太陽能電池板的高溫穩(wěn)定過程

湖北光伏發(fā)電硅料全部熔化后，如果只是為了鑄錠，湖北光伏發(fā)電造價,湖北農(nóng)村光伏發(fā)電安裝可以直接開始降溫進入鑄錠過程。但如果是采用的回收料、邊皮料、頂皮料、鍋底料、冶金法多晶硅料或者粉料，則需要進行熔煉，以在此階段對多晶硅進行提純，消除雜質(zhì)。這里姑且稱之為熔煉過程，也可稱為高溫穩(wěn)定過程。

一、真空揮發(fā)

其實，在熔化的過程中間，熔煉過程已經(jīng)就開始了。在固體階段，真空脫氣一樣是有效的，尤其是對于粉料。在熔化的過程中，硅料是逐漸熔化的。因此，在硅料從外到里不斷熔化的過程中，新露出的表面不斷地會發(fā)生揮發(fā)作用。

硅料熔化之前，由于溫度不夠高，真空熔煉的效果不一 定會很好。但固體粉料的真空脫氣，因為粉料粒度較小，可能比液體還好。

熔化后，如果爐內(nèi)抽氣實行真空，主要發(fā)生三個作用。一個是真空脫氣。由于硅液在高溫下?lián)]發(fā)較大，因此，這時的真空度要比冷態(tài)時要高一些。硅液中的雜質(zhì)在真空下，有從硅液中逸出的特性，逸出的速度和數(shù)量取決于該雜質(zhì)在某溫度下的飽和蒸汽壓。原則上，只要雜

硅料全部熔化后，如果只是為了鑄錠，可以直接開始降溫進入鑄錠過程。但如果是采用的回收料、邊皮料、頂皮料、鍋底料、冶金法多晶硅料或者粉料，則需要進行熔煉，以在此階段對多晶硅進行提純，消除雜質(zhì)。這里姑且稱之為熔煉過程，也可稱為高溫穩(wěn)定過程。

一、真空揮發(fā)

其實，在熔化的過程中間，熔煉過程已經(jīng)就開始了。在固體階段，真空脫氣一樣是有效的，尤其是對于粉料。在熔化的過程中，硅料是逐漸熔化的。因此，在硅料從外到里不斷熔化的過程中，新露出的表面不斷地會發(fā)生揮發(fā)作用。

硅料熔化之前，由于溫度不夠高，真空熔煉的效果不一 定會很好。但固體粉料的真空脫氣，因為粉料粒度較小，可能比液體還好。

熔化后，如果爐內(nèi)抽氣實行真空，主要發(fā)生三個作用。一個是真空脫氣。由于硅液在高溫下?lián)]發(fā)較大，因此，這時的真空度要比冷態(tài)時要高一些。硅液中的雜質(zhì)在真空下，有從硅液中逸出的特性，逸出的速度和數(shù)量取決于該雜質(zhì)在某溫度下的飽和蒸汽壓。原則上，只要雜質(zhì)的飽和蒸汽壓高于爐內(nèi)的真空壓力，這種雜質(zhì)就會從硅中逸出。但是，實際的情形還不是這么簡單。

雜質(zhì)從硅液中像真空中揮發(fā)，飽和蒸汽壓大的雜質(zhì)較容易揮發(fā)。揮發(fā)速度除了受飽和蒸汽壓影響外，還受到雜質(zhì)在硅液中的擴散系數(shù)影響。這是雜質(zhì)在硅中的粘滯系數(shù)所決定的。如果雜質(zhì)無法運動到硅的表面，飽和蒸汽壓再高，雜質(zhì)也無法逸出。因此，當(dāng)雜質(zhì)濃度較高時，因為有較多的雜質(zhì)原則運動到液體表面，因而很容易從硅中揮發(fā)；但當(dāng)雜質(zhì)濃度較低時，雜質(zhì)到表面的幾率就大大減小，尤其是對于那些粘滯系數(shù)大的雜質(zhì)。這時，為了增加雜質(zhì)的揮發(fā)性，需要在液體中增加攪拌作用。對于硅液來說，比較好的攪拌方式，還是電磁攪拌。但電磁攪拌難以實現(xiàn)，因此，在RDS4.0的爐型中，通過底部加熱提高坩堝底部的硅液溫度，使硅液在坩堝中會自然形成對流，也有利于雜質(zhì)的逸出。此外，當(dāng)雜質(zhì)的濃度低到一 定程度時，飽和蒸汽壓的概念已經(jīng)失去了意義。因此，對于1個ppm以下的雜質(zhì)，靠真空揮發(fā)的作用已經(jīng)達(dá)到極限了。

二、真空造渣

這個階段，雜質(zhì)不斷從硅液中揮發(fā)，主要是依靠渣系。這里的渣系與爐外精煉的渣系原理類似，但有諸多不同。相同之處是，這里的渣的目的也是為了用物理和化學(xué)的方式將硅中的雜質(zhì)吸附到渣中來，可能與渣相中的部分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化合成一種新的東西。

但不同之處是，由于真空階段所加的渣系不能從硅中靠人工取出，因此，反應(yīng)生成物不能殘留在硅液中，要么揮發(fā)出去，要么與渣一起留在硅液表面，要么就沉在鍋底。當(dāng)然最好的辦法還是一旦從硅中吸收出來，就立即揮發(fā)出去。普羅法的渣系選擇就是按照這個方法進行的。

同時，也有一些物質(zhì)，能夠與硅中的硼化合，形成很牢固的物質(zhì)，然后沉在底部，這樣，也是可以達(dá)到除雜的目的的。硅液表面有渣的時候，此外，如果硅中含有較多雜質(zhì)，或者硅料在入爐前在空氣中放置了較長的時間時，表面會形成氧化層，這樣的硅料在熔化后，硅液表面往往會漂浮一層渣，由于渣呈固體，且本身導(dǎo)熱性較差，這樣，渣面的溫度會比硅液的溫度低一些，一般可能低20~70度，如果渣面較厚，可能溫差會更大。由于紅外測溫儀所測量的僅是表面溫度，所以，在溫度控制時要注意這一點。這種現(xiàn)象從爐頂?shù)募t外觀察窗后用肉眼可以看出來。解決這個問題的方法是，在坩堝側(cè)面加裝熱電偶，參考平時無渣時的硅液溫度，根據(jù)熱電偶溫度來推測硅液溫度。這樣也依然會有誤差，但通常會比依靠紅外溫度讀數(shù)再減去若干度要準(zhǔn)確一些。

三、真空氣體反應(yīng)

在真空下，適當(dāng)?shù)卮等胍恍怏w，使之與硅液反應(yīng)有利于硅液的雜質(zhì)揮發(fā)。這個過程也在普羅法多晶硅提純技術(shù)中得到應(yīng)用。真空爐吹氣有幾個特點，一個是不能對硅液內(nèi)部吹氣，只能在表面，第二，吹氣量不能太 大，因為真空的關(guān)系，需要保持。

質(zhì)的飽和蒸汽壓高于爐內(nèi)的真空壓力，這種雜質(zhì)就會從硅中逸出。但是，實際的情形還不是這么簡單。

雜質(zhì)從硅液中像真空中揮發(fā)，飽和蒸汽壓大的雜質(zhì)較容易揮發(fā)。揮發(fā)速度除了受飽和蒸汽壓影響外，還受到雜質(zhì)在硅液中的擴散系數(shù)影響。這是雜質(zhì)在硅中的粘滯系數(shù)所決定的。如果雜質(zhì)無法運動到硅的表面，飽和蒸汽壓再高，雜質(zhì)也無法逸出。因此，當(dāng)雜質(zhì)濃度較高時，因為有較多的雜質(zhì)原則運動到液體表面，因而很容易從硅中揮發(fā)；但當(dāng)雜質(zhì)濃度較低時，雜質(zhì)到表面的幾率就大大減小，尤其是對于那些粘滯系數(shù)大的雜質(zhì)。這時，為了增加雜質(zhì)的揮發(fā)性，需要在液體中增加攪拌作用。對于硅液來說，比較好的攪拌方式，還是電磁攪拌。但電磁攪拌難以實現(xiàn)，因此，在RDS4.0的爐型中，通過底部加熱提高坩堝底部的硅液溫度，使硅液在坩堝中會自然形成對流，也有利于雜質(zhì)的逸出。此外，當(dāng)雜質(zhì)的濃度低到一 定程度時，飽和蒸汽壓的概念已經(jīng)失去了意義。因此，對于1個ppm以下的雜質(zhì)，靠真空揮發(fā)的作用已經(jīng)達(dá)到極限了。

二、真空造渣

這個階段，雜質(zhì)不斷從硅液中揮發(fā)，主要是依靠渣系。這里的渣系與爐外精煉的渣系原理類似，但有諸多不同。相同之處是，這里的渣的目的也是為了用物理和化學(xué)的方式將硅中的雜質(zhì)吸附到渣中來，可能與渣相中的部分物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化合成一種新的東西。

但不同之處是，由于真空階段所加的渣系不能從硅中靠人工取出，因此，反應(yīng)生成物不能殘留在硅液中，要么揮發(fā)出去，要么與渣一起留在硅液表面，要么就沉在鍋底。當(dāng)然最好的辦法還是一旦從硅中吸收出來，就立即揮發(fā)出去。普羅法的渣系選擇就是按照這個方法進行的。

同時，也有一些物質(zhì)，能夠與硅中的硼化合，形成很牢固的物質(zhì)，然后沉在底部，這樣，也是可以達(dá)到除雜的目的的。硅液表面有渣的時候，此外，如果硅中含有較多雜質(zhì)，或者硅料在入爐前在空氣中放置了較長的時間時，表面會形成氧化層，這樣的硅料在熔化后，硅液表面往往會漂浮一層渣，由于渣呈固體，且本身導(dǎo)熱性較差，這樣，渣面的溫度會比硅液的溫度低一些，一般可能低20~70度，如果渣面較厚，可能溫差會更大。由于紅外測溫儀所測量的僅是表面溫度，所以，在溫度控制時要注意這一點。這種現(xiàn)象從爐頂?shù)募t外觀察窗后用肉眼可以看出來。解決這個問題的方法是，在坩堝側(cè)面加裝熱電偶，參考平時無渣時的硅液溫度，根據(jù)熱電偶溫度來推測硅液溫度。這樣也依然會有誤差，但通常會比依靠紅外溫度讀數(shù)再減去若干度要準(zhǔn)確一些。

三、真空氣體反應(yīng)

在真空下，適當(dāng)?shù)卮等胍恍怏w，使之與硅液反應(yīng)有利于硅液的雜質(zhì)揮發(fā)。這個過程也在普羅法多晶硅提純技術(shù)中得到應(yīng)用。真空爐吹氣有幾個特點，一個是不能對硅液內(nèi)部吹氣，只能在表面，第二，吹氣量不能太 大，因為真空的關(guān)系，需要保持。

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