太阳能电池的制备和发电原理
我国及全球多晶硅生产情况
我国多晶硅厂家生产情况
太阳能级多 晶硅的制备
传统方法
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改良西门子法 硅烷法
流态床反应法
改良西门子工艺流程图
改良西门子法
西门子法， 即采用H2还 原SiHCl3生 产高纯多晶 硅的方法， 由德国 Siemens公 司发明并于 1954年申请 了专利， 1965年左右 实现了工业 化。
（2）与氧化性酸反应： 在常温下硅对多数酸是稳定 Si + 4HF == SiF4↑ + 2H2↑ Si + 4HNO3+6HF == H2SiF6+4NO2+4H2O
（3）与碱反应： 在常温下硅能与稀碱溶液反应 Si + 2OH - + H2O == SiO32- + 2H2↑
硅的分类
工业硅
硅
多晶硅 的性质
具有半导体性质
常温下不活泼，高温熔融状态下， 具有较大的化学活泼性
室温下质脆，切割时易碎裂
多晶硅的用途
01
多晶硅具有半导体性质，是极为重要的
优良半导体材料
02
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、
电冰箱、彩电、电子计算机等的基础材料
03
多晶硅的最终用途主要是生产集成电路、
分立器件和太阳能光伏电池板
石焦油：
固定碳＞82％，灰分＜5％，水分＜1％ 容量:＜5MVA，粒度：2~10mm 容量:5~16.5MVA，粒度：3~13mm
木炭：
固定碳＞78％，3mm＜粒度＜80mm
煤：
灰分＜4％，粒度＜25mm
配料
还原剂中配碳量： 严格控制C与SiO2分子比为2，保证 熔炼过程中不会出现SiC和SiO2剩余
埋弧还原电炉
主体设备，用于对矿石等炉料进行还原熔炼。其生产特点是电极插入炉料，实 行埋弧操作，并利用电阻、电弧加热矿石使之还原。
电炉内部
1、炉料预热区 2、炉料凝结区 3、低温反应区 4、高温反应区 5、电弧区 6、硅液区 7、电极
8、炉衬
工业硅熔炼反应机理
SiO2 SiC Si
T<1500℃ 混合炉料处于预热阶段 T>1500℃ SiO2+3C=SiC+2CO T>1820℃ SiO2+2SiC=3Si+2CO
工业硅的用途
• （1）配制合金 • （2）制造高纯半导体 • （3）制造有机硅 • （4）制作耐高温材料和其他材料
配制合金
铝硅合金
硅铜合金
高纯半导体
大功率WLAN
有机硅
有机硅键盘
有机硅帆布兜
耐高温材料和其他材料
氮化硅陶瓷
氮化硅轴承
多晶硅
定义
形成过程
多晶硅，是 单质硅的一 种形态
熔融的单质硅在过冷 条件下凝固时，硅原 子以金刚石晶格形态 排列成许多晶核，如 这些晶核长成晶面取 向不同的晶粒，则这 些晶粒结合起来，就 结晶成多晶硅。
硅的性质
晶体类型：原子晶体
密度：2330 kg/m3
硬度：36.5
颜色和外表： 深灰色、有光泽
熔点：1420℃ 沸点：2355℃
硅
熔化热：50.55kJ/mol
蒸气压：4.77Pa（1683K）
化学性质：
常温下稳定，高温下比较活泼 （1）与单质反应：
Si + 2F2 == SiF4 3Si + 2N2 == Si3N4，条件：1000℃ Si + 2Cl2 == SiCl4，条件：300℃ Si + O2 == SiO2，条件：400℃ Si + C == SiC，条件：2000℃
工业硅的精制
含硅原料和还原剂带入的氧化物杂质
精炼， 除去其中的Ca、Al 等杂质 炉外精炼主要分为氯化精炼和氧化精炼两种 精炼原理是利用渣-金属元素相平衡的原理 将工业硅中的Ca 和Al 氧化脱除后使其进入渣 相
精炼系统
采用底吹方式, 底吹氧的透气砖安装在包底中,透 气砖内有较多的细铜管, 氧气和空气从细铜管中吹 向硅熔液实施精炼
巴西
国外硅矿的分布
• 据资料记载，巴 西较为丰富，次 之为马达加斯加 和危地马拉。美 国、加拿大、苏 联、法国、意大 利、印度、澳大 利亚、土耳其、 缅甸等30多个国 家和地区有少量
元素属性
名称：硅
符号：Si
序号：14
系列：类金属
族：第四主族 周期： 3 颜色和外表： 深灰色、带蓝色调
物理性质：
全球多晶硅价格行情
今年上半年，国内多晶硅价格再 次快速下跌并刷新了历史新低， 国内多晶硅主流报价从今年初的 21万元/吨~23万元/吨跌至16万 元/吨~17万元/吨。
进口多晶硅价格从今年初最高点 的35美元/千克快速下跌至18.5 美元/千克，现已逼近国内同类 产品的价格。据海关数据统计显 示，今年1月~6月份，我国累计 进口多晶硅40946吨，同比增长 34.7%，创历史新高。
高纯硅
高纯硅 高纯硅
单晶硅
多晶硅 无定形硅
电子级硅
太阳能级硅
工业硅
• 工业硅的纯度约为98%-99%，又称为冶金级 硅。
• 其中含有各种杂质012年上半年我国工业 硅价格呈现出震荡下行 走势。
553工业硅均价为11930 元/吨，441工业硅均价 12894元/吨
单晶硅多晶硅的生产工 艺以及性质特点
2020年6月5日星期五
硅的含量及存在形式
在地壳中，硅的含量居第二位 自然界中，只以化合态存在，是构成矿物和岩石的主要成分
国内硅矿分布情况
我国的水晶、石英、天然硅 砂除上海、天津市以外，其 它省、市、自治区均有产出 。
质量较好的广东、广西、青海、 福建、云南、四川、黑龙江等省 区；质量最好的有海南、江苏。
精炼包
1、钢板 2、石棉板 3、耐火砖 4、耐火砼打结层 5、透气砖
在出炉前向包底通入压缩空气,以防止硅液灌入透气孔 当硅液达三分之一硅包深度时，开启氧气进行氧化精炼
氧气和压缩空气输入硅包底部散气砖中与硅液进行反应，脱除杂质
待完成精炼，关闭氧气，倒完硅液后继续通入压缩空气， 防止散气孔 的堵塞, 稍后扒去硅渣, 等待出下一炉
工业硅的生产方法
工业硅是连续作业过程，无论是国内还是国外 都用碳热法。
以硅石和碳质还原剂为原料，在埋弧电炉中由 电热法冶炼生产的。
工业硅冶炼化学反应比较复杂，但最基本的反 应是：
SiO2+2C—→Si+2CO
制备工业硅的主要流程图
硅石、石焦油、木炭、煤 混料
电炉熔炼 精炼
选料
硅石粒度：
依据电炉容量大小而定 容量:＜5MVA，粒度：8~80mm 容量:5~16.5MVA，粒度：50~100mm