Miotal Sileacainle haghaidh Leictreonaic agus Gréine: An Conair chuig Polysilicon

Polysilicon - a thagann an stoc cothaithe sileacain ultra- do chealla gréine agus sliseog leathsheoltóra - ómiotalóireacht-mhiotal sileacain de ghrád-. Trí bhíthin dianphróisis íonúcháin fuinnimh ar nós próiseas Siemens agus teicneolaíocht imoibreora leaba sreabhánaithe, déantar miotal sileacain a scagadh ó íonacht 99% go 99.9999999% íonachta, le leibhéil eisíonachta bórón, fosfar, iarainn agus alúmanaim rialaithe go páirteanna-in aghaidh-billiún tairseach.

Léiríonn na tionscail leathsheoltóra agus fótavoltach na hiarratais is déine ar sileacain i dtéarmaí íonachta. Cé go nglacann teilgcheártaí alúmanaim miotail sileacain ina bhfuil codáin de faoin gcéad d'iarann, d'alúmanam, agus de chailciam, éilíonn monaróirí cealla gréine agus micrishlis ábhar ina laghdaítear na neamhíonachtaí céanna seo go dtí cuid amháin i billiún nó níos lú. Tosaíonn an dúshlán íonúcháin urghnách seo le hamhábhar humble -miotail sileacaina tháirgtear i bhfoirnéisí stua-báite- agus téann sé ar aghaidh trí easghluaiseachta céimeanna ceimiceacha agus fisiceacha scagtha a ídíonn fuinneamh agus caipiteal ollmhór. Tá sé ríthábhachtach d'aon duine a bhfuil baint aige le soláthar miotail sileacain, déantúsaíocht polasilicon, nó bainistíocht slabhra soláthair fótavoltach an bealach seo a thuiscint.

 

 

An Dréimire Íonachta: Ó Shileacan Miotaleolaíochta go Grád Leictreonach

Is féidir an turas ó amh-mhiotal sileacain go polaisilicon de ghrád leathsheoltóra a fheiceáil mar dhréimire a bhfuil íonacht mhéadaitheach ag baint leis, agus seasann gach runga do chéim phróiseála ar leith agus tairseach feidhmithe. Tagraíonn téarmaíocht "Naoi" - 6N, 7N, 9N, 11N - do líon na naoi gcinn as a chéile sa chéatadán íonachta agus is í an gearrshaol caighdeánach ar fud an tionscail.

Baineann gach céim suas an dréimire seo le méaduithe easpónantúla ar chostais phróiseála, ar thomhaltas fuinnimh agus ar dhéine caipitil. Cosnaíonn sileacan metallurgical cúpla dollar in aghaidh an chileagraim le táirgeadh. I gcodarsnacht-grád polysilicon, orduithe, praghsanna ord méide níos airde, rud a léiríonn castacht a íonú. Dá bhrí sin tá tionchar mór ag éifeachtacht na teicneolaíochta íonúcháin agus na costais leictreachais is mó ar chostais oibriúcháin ar struchtúr eacnamaíoch an tionscail polysilicon.

Bealach Íonúcháin 1: Próiseas Siemens

Is próiseas taisceadh gaile ceimiceach baisc le cumais urghnách íonachta é próiseas Siemens, a forbraíodh sna 1950idí agus atá fós freagrach as tromlach na táirgeachta domhanda polysilicon.

Céim a hAon: Sintéis Chlorosilane

Imoibríonn sileacain mhiotaleolaíochta smidiríní le clóiríd hidrigine ainhidriúil in imoibreoir leaba sreabhánaithe ag 300–350 céim Celsius chun trichlorosilane (SiHCl3) a tháirgeadh, an príomhréamhtheachtaí do sil-leagan Siemens. Táirgeann an t-imoibriú seo freisin teitreaclóiríd sileacain (SiCl4), déchlóraisiléin (SiH2Cl2), agus hidrigin mar sheachtháirgí. Déantar an táirge amh a dhriogadh chun trichlorosilane a scaradh, arb é an codán is luachmhaire le haghaidh táirgeadh polysilicon. Tá teitreaclóiríd sileacain, a bhí ina tháirge dramhaíola go stairiúil, á thiontú ar ais go trichlorosilane trí hidriginiú níos mó ná riamh nó úsáidtear é chun shilice múchtach a tháirgeadh, rud a chuireann feabhas ar eacnamaíocht an phróisis agus ar fheidhmíocht chomhshaoil.

Céim a Dó: Teistíocht Gaile Ceimiceach

Déantar trichlorosilane íonaithe a ghalú agus a mheascadh le hidrigin in imoibreoir ceimiceach sil-leagan gaile ina bhfuil slata síolta sileacain caola suite ar leictreoidí graifíte. Déantar na slata a théamh go frithsheasmhach go 1,000–1,150 céim Celsius, áit a ndíscaoileann trichlorosilan de réir an imoibrithe:

Taisceann eiliminteach sileacain mar chiseal ilchriostalach ar na slata síl, a fhásann ar trastomhas thar 60-100 uair an chloig go dtí go sroicheann siad 150-200 milliméadar. Déantar fotháirge an chlóiríd hidrigine a ghabháil, a íonghlanadh agus a athchúrsáil go dtí an chéim shintéise clóisileán, rud a chruthaíonn córas lúb dúnta ceimiceach.

Céim a Trí: Slat Fhómhair agus Crushing

Nuair a bhíonn an sil-leagan críochnaithe, fuaraítear an t-imoibreoir agus baintear na slata polaisileacain, déantar iad a iniúchadh le haghaidh éillithe dromchla, agus brúitear iad i smután meánmhéide le haghaidh foirnéisí fáis criostail. Is gnách go n-éiríonn leis an polysilicon a eascraíonn as íonacht 9N go 11N - leordhóthanach d'fheidhmchláir leathsheoltóra - ar choinníoll go gcomhlíonann na slata síl, na hinmheánacha imoibreora agus na gáis phróisis dianchaighdeáin glaineachta. Is féidir le héilliú miotalach ar bith a thugtar isteach le linn láimhseála nó ó chomhpháirteanna imoibreora ábhar a íosghrádú go dtí grád gréine nó é a dhéanamh neamh-inúsáidte d'fheidhmchláir ardleibhéil.

Déine Fuinnimh agus Próifíl Comhshaoil

Tá an próiseas Siemens thar a bheith dian ar fhuinneamh. Tá idir 40 agus 60 cileavata-uair an chloig in aghaidh an chileagraim polaisileacóin á gcaitheamh ag fuinneamh leictreach le haghaidh sil-leagan amháin, agus tá gá le fuinneamh breise do shintéis clóisileán, driogadh agus athchúrsáil hidrigine. Is é an déine fuinnimh seo a spreag forbairt próisis mhalartacha agus an tiúchan geografach de tháirgeadh polasilicon i réigiúin le-costas íseal leictreachais - go háirithe cumhacht hidrileictreach agus guail-sa tSín, agus cumhacht geoiteirmeach agus hidreachumhacht i réigiúin táirgthe áirithe eile.

Bealach Íonúcháin 2: Teicneolaíocht Imoibreora Leaba Sreabhánaithe (FBR).

Cuireann an t-imoibreoir leaba sreabhánaithe rogha eile ar fáil do phróiseas baisce Siemens, agus buntáistí féideartha aige maidir le héifeachtúlacht fuinnimh, oibriú leanúnach agus fachtóir foirm an táirge.

Prionsabal Oibriúcháin

Sa phróiseas FBR, tugtar gás silane (SiH4) nó trichlorosilane isteach in imoibreoir ingearach ina bhfuil leaba de cháithníní síolta sileacain bheaga sreabhánaithe ag sruth gáis aníos. Téitear an leaba go 600-900 céim Celsius le haghaidh dianscaoileadh silane nó teochtaí níos airde le haghaidh trichlorosilane. Déanann sileacain sil-leagain ar na cáithníní síl, a fhásann i méid go dtí go sroicheann siad sprioc-trastomhas - de ghnáth 1–2 milliméadar - agus ag an bpointe sin tarraingítear siar iad ón imoibreoir mar tháirge polasilicon gráinneach. Cuirtear cáithníní síolta úra leis go leanúnach chun fardal na leapacha a choinneáil, rud a chumasaíonn oibriú seasta leanúnach.

Buntáistí Thar Phróiseáil Baisc Siemens

Tá roinnt buntáistí láidre ag baint leis an bpróiseas FBR. Ar an gcéad dul síos, tá tomhaltas fuinnimh i bhfad níos ísle - de ghnáth 20–30 cileavata-uair an chloig in aghaidh an chileagraim - toisc go bhfuil an teocht sil-leagan níos ísle agus mais téite sileacain níos lú. Sa dara háit, cuireann oibriú leanúnach deireadh leis an timthriall teirmeach agus an downtime a bhaineann le himoibreoirí baisc Siemens, ag feabhsú táirgiúlacht saothair agus tréchur. Ar an tríú dul síos, tá an fhoirm táirge gráinneach ag luí go díreach le foirnéisí fáis criostail leanúnach, rud a chuireann deireadh leis an gcéim bhrúite agus an baol éillithe gaolmhar. Ar deireadh, laghdaíonn an t-achar dromchla téite níos lú foinsí féideartha éillithe miotail.

Dúshláin agus Teorainneacha

In ainneoin na mbuntáistí seo, tá dúshláin shuntasacha le sárú ag teicneolaíocht FBR. Tá Silane pireafórach agus teastaíonn láimhseáil thar a bheith cúramach. Laghdaíonn sil-leagan balla - plating sileacain ar an taobh istigh den imoibreoir - éifeachtúlacht agus éilíonn sé cothabháil thréimhsiúil. Cé go bhfuil íonacht an táirge leordhóthanach d'fheidhmchláir de ghrád gréine, bhí sé ag streachailt go stairiúil leis na sonraíochtaí grád leathsheoltóra is airde a bhaint amach trí phróisis optamaithe Siemens. Mar thoradh air sin, tá a phríomh-mhargadh aimsithe ag FBR i bhfeidhmchláir fhótavoltach, áit a bhfuil na buntáistí cost-éifeachtúlachta níos airde ná na difríochtaí íonachta imeallacha.

Neamhíonachtaí: Naimhde de-Grád Sileacain Leictreonach

Próifíl eisíontais an tosaithemiotail sileacaintionchar as cuimse ar éifeachtúlacht, toradh, agus eacnamaíocht íonú polysilicon. Tá roinnt neamhíonachtaí sách éasca a bhaint; tá cinn eile thar a bheith dian.

Bórón agus Fosfar: An Dilemma Dopant

Is iad bórón agus fosfar an dá eisíontas is tábhachtaí i dtáirgeadh polysilicon, ní toisc go bhfuil siad i láthair sna tiúchain is airde, ach toisc go n-iompraíonn siad iad féin mar dopants leictreach i sileacain criostalach. cruthaíonn bórón seoltacht cineáil p; cruthaíonn fosfar seoltacht n-cineál. I gcealla gréine, déantar an bunábhar a dhópáil go hintinneach le bórón chun sileacain de chineál p{4}} a chruthú, ach is féidir leis an iomarca bórón ón sileacain mhiotaleolaíochta tosaigh róchúiteamh a dhéanamh ar an dópáil d’aon ghnó, ag laghdú voltas cille agus éifeachtúlacht chomhshó. I sliseog leathsheoltóra, ní mór bórón agus fosfar araon a rialú go dtí leibhéil ppb toisc go ndéantar dópáil bheacht na sliseog d’aon ghnó le foinsí dopantachta arda-íonachta, agus sáraíonn aon éilliú cúlra an rialú seo.

Tá sé thar a bheith deacair bórón agus fosfar a bhaint as sileacain toisc go bhfuil comhéifeachtaí deighilte gar don aontacht le linn soladú treorach, rud a chiallaíonn nach ndéanann siad deighilt go héasca i sileacain soladach nó leachtach. Forbraíodh teicnící speisialaithe cosúil le láisteadh aigéad, scagadh slaig, cóireáil plasma, agus scagadh tuaslagóirí chun bórón agus fosfar a laghdú roimh shintéis chlorosilane, ach níl aon cheann chomh héifeachtach ná chomh heacnamaíoch le híonú eisíontais mhiotalacha eile.

Neamhíonachtaí Miotalacha: Iarann, Alúmanam, agus Cailciam

Is iad iarann, alúmanam, agus cailciam na neamhíonachtaí miotalacha is mó i sileacain mhiotaleolaíochta, de ghnáth ag 0.1–0.5% le chéile. Go fortunately, tá na neamhíonachtaí seo sách simplí a bhaint trí sholadú treo - ar a dtugtar freisin réitigh tinne nó criostalú bloc - toisc go bhfuil a gcuid comhéifeachtaí deighilte i bhfabhar go láidir diúltú ón gcriostail soladach sileacain atá ag fás isteach sa leacht atá fágtha. Is féidir le pasanna soladaithe treorach iolracha eisíontais mhiotalacha a laghdú de réir roinnt orduithe méide. Tá an prionsabal seo mar bhunús ag an mbealach íonúcháin “gréine sileacain de ghrád na gréine”, ina n-uasghrádaítear sileacain mhiotaleolaíochta trí scagadh slaig, láisteadh aigéad, agus soladú treorach chun íonacht 6N a bhaint amach gan dul ar aghaidh trí cheimic chloraisileain dhianfhuinnimh.

Tiománaí ar Éileamh Photovoltaic

Chruthaigh an leathnú domhanda ar chumas fótavoltach gréine tarraingt éileamh cumhachtach agus leanúnach ar mhiotal sileacain, polasilicon, agus an slabhra soláthair iomlán in aghaidh an tsrutha. Tosaíonn gach cill gréine sileacain criostalach - cibé acu monacriostalach nó ilchriostalach - mar polysilicon a dhíorthaítear ó shileacan mhiotaleolaíochta. Mar sin is ionann an tionscal fótavoltach agus earnáil éilimh ríthábhachtach do tháirgeoirí miotail sileacain ard-íonachta.

Ó Polysilicon go Grianchill

Tá roinnt céimeanna ar leith i gceist leis an slabhra déantúsaíochta ó polysilicon go dtí cill gréine críochnaithe. Lódáiltear smután polysilicon isteach i bhfoirnéisí fáis criostail - tarraingeoirí Czochralski le haghaidh dtinní monacriostalach nó foirnéisí soladaithe treorach le haghaidh bloic ilchriostalacha. Sábháltar na dtinní sileacain mar thoradh air i sliseog tanaí, go hiondúil 160-180 micriméadar ar tiús, ag baint úsáide as sábha sreinge diamanta. Déantar uigeacht dromchla, dópáil, bratú frithmhachnaimh agus miotalóireacht ar na sliseoga seo chun cealla fótavoltach a fhoirmiú. Tá 60-144 cill i modúl iomlán gréine atá idirnasctha agus cuimsithe idir backsheet gloine agus polaiméire.

Cáilíocht Miotal Sileacain agus Feidhmíocht Cille

Bíonn tionchar ag íonacht an mhiotail sileacain tosaigh ar fheidhmíocht na gceall gréine trí mheicníochtaí iolracha. Cruthaíonn eisíontais mhiotalacha - iarann, cróimiam, nicil, copar - stáit leictreonacha domhain laistigh den bhangapa sileacain a fheidhmíonn mar ionaid athcheangail, ag laghdú saolré an iompróra mionlaigh agus mar sin cumas na cille fótóin a thiontú ina sruth leictreach. Is féidir le neamhíonachtaí carbóin agus ocsaigin deascadh mar chomhdhúile sileacain agus cáithníní dé-ocsaíd sileacain le linn fás criostail, ag cruthú lochtanna struchtúracha agus cosáin shunting a dhíghrádaíonn éifeachtacht cille. Cé go nglacann polaisilicon de ghrád gréine le leibhéil eisíontais níos airde ná ábhar de ghrád leictreonach, cuireann an brú gan staonadh chun éifeachtúlacht na gceall a fheabhsú agus an costas in aghaidh an vata a laghdú go seasta na fuinneoga neamhíonachta inghlactha.

Athléimneacht an tSlabhra Soláthair

Tá luaineacht shuntasach tar éis tarlú sa slabhra soláthair polaisilicon le deich mbliana anuas, le tréimhsí ganntanas mór agus rósholáthar agus titim praghsanna ina dhiaidh sin. Chuir na timthriallta seo béim ar an tábhacht a bhaineann le hathléimneacht an tslabhra soláthair do mhonaróirí fótavoltach. Tá sé cruthaithe go bhfuil táirgeoirí comhtháite - iad siúd a rialaíonn táirgeadh miotail sileacain, íonú polasilicon, agus déantúsaíocht wafer - níos athléimní i leith suaitheadh ​​soláthair ná mar a bhí díoltóirí íonghlana súgartha. Maidir le táirgeoirí neamhspleácha miotail sileacain, léiríonn an earnáil fhótavoltach deis agus riosca araon: tá scála an éilimh ollmhór, ach éilíonn na sonraíochtaí cáilíochta agus luaineacht praghais roghnú cúramach custaiméirí agus struchtúrú conartha.

Roghnú Bunábhar do Tháirgeoirí Polysilicon

Feidhmíonn monaróirí polysilicon discréid nach beag agus iad ag roghnú a stoc cothaithe miotail sileacain, ag cothromú íonachta, praghas, infhaighteacht agus iontaofacht na soláthróirí.

Sonraíochtaí Grád

Is iad gráid shileacain mhiotaleolaíochta ard-íonachta amhail 2202 agus 3303 na stoic chothaithe is coitianta le haghaidh táirgeadh polaisileacóin. Sonraíonn Grád 2202 uasmhéid ábhar iarainn de 0.20%, alúmanam 0.20%, agus cailciam 0.02%. Ceadaíonn Grád 3303 0.30% iarann, 0.30% alúmanam, agus 0.03% cailciam. Réamhcháilíonn roinnt táirgeoirí polasilicon soláthróirí miotail sileacain trí thástáil fhairsing a dhéanamh ar phróifílí eisíontais, dáileacháin mhéid na gcáithníní, agus -go-chomhsheasmhacht bhaisc. Féadfaidh táirgeoirí polasilicon de ghrád leictreonach srianta breise a fhorchur ar bhórón, ar fhosfar, agus ar charbón thar na sonraíochtaí caighdeánacha.

Réamhroghanna íonúcháin

Úsáideann táirgeoirí atá ag iarraidh an t-ualach íonúcháin iartheachtacha a laghdú réamhchóireáil mhiotaleolaíochta ar mhiotal sileacain roimh shintéis clóisiléin. Baineann láisteadh aigéid le meascáin aigéad hidreaclórach agus hidreafluarach na sraitheanna ocsaíde dromchla amach agus díscaoileann sé neamhíonachtaí miotalacha nochta. Baineann scagadh slaig le sileacáit chailciam nó slaig alúmana cailciam leas as rogha teirmidinimice eisíontais áirithe don chéim slaig thar sileacain leáite. Is féidir le cóireáil plasma le gáis ocsaídiúcháin bórón agus fosfar a luainiú ag teochtaí ardaithe. Cuireann gach ceann de na teicníochtaí seo costas agus castacht leis ach féadann siad táirgeacht iomlán an phróisis a fheabhsú agus tomhaltas fuinnimh a laghdú sa chéim dheireanach de tháirgeadh polaisilicon.