'

Новая технология рафинирования кремния И.А. Елисеев, А.И. Непомнящих г. Иркутск, Институт геохимии СО РАН.

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Новая технология рафинирования кремния И.А. Елисеев, А.И. Непомнящих г. Иркутск, Институт геохимии СО РАН.


Слайд 1

Мировое потребление энергии: 16 500 TВтч/год Оценка доли выработки энергии от PV: 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


Слайд 2

Действующая схема получения кремния для солнечных элементов Карботермия SiO2 + 2C = Si + 2CO Получение трихлорсилана Si + 3HCl - SiHCl3 + H2 Ректификация трихлорсилана Восстановление трихлорсилана водородом и высаживание поликремния на горячем стержне. Выращивание слитков мультикремния 3


Слайд 3

Соотношение цена –качество на различных этапах производства кремня Качество ? примесей ррм. (PG-Si) SoG-Si Солнечный кремний 2 10 30 50 104 102 10-1 10-3 10-5 Солнечный кремний ХЛОРИРОВАНИЕ Восстановление UMG-Si MG-Si Поликремний 4 $/kg 15


Слайд 4

Электрофизические характеристики кремния используемого для производства солнечных элементов 5


Слайд 5

Регламентируемые примеси при изготовлении солнечных элементов Углерод – менее 3 ppm Кислород – менее 10 ppm Бор – менее 0,3 ppm Легирующие примеси (Р, As) < 0,1 ppm Металлы ?<0.1 ppm 6


Слайд 6

Требования к SoG кремнию Содержание примесей в SoG кремнию (не более, ppm)


Слайд 7

30 марта 1998 года Институтом геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН получен патент Способ получения кремния высокой чистоты 8 Начало работ по тематике «Солнечный кремний» в Институте геохимии им. А.П.Виноградова СО РАН – 1996 год


Слайд 8

9 Состав программного комплекса «Селектор»


Слайд 9

Концентрация бора в расплаве кремния 10 данные 2001 года


Слайд 10

Зависимость концентрации соединений бора и кремни от температуры для системы Si – 1 моль; В – 0,00005 моль; H2O – 0, 01 моля; воздух – 1 моль. Проблема бора 11


Слайд 11

12 Зависимость концентрации соединений бора и кремни от температуры для системы Si – 1 моль; В – 0,00005 моль; H2O – 0, 005 моля; воздух – 0,5 моль. Проблема бора


Слайд 12

13 Эффективность выхода бора в газовую фазу для разного количества подаваемой смеси


Слайд 13

Зависимость концентрации P и Si от температуры в системе Si-Р-Н2О 0С Расчет удаления примесей 14 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 14

Зависимость концентрации P и Si от температуры в системе Si-Р-Н2О без образования Р2 Расчет удаления примесей 15 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 15

Расчет удаления примесей Зависимость концентрации P и Si от температуры в системе Si-Р-N-O 16 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 16

Мольное содержание железа в различных фазах системы кремний – железо (полное количество железа 5х10-3 моль). 17 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 17

Мольное содержание железа в газе при различных объемах барботирующего газа (полное количество железа 5х10-3 моль). 1 моль воздуха 1 моль Si 10 молей воздуха 5 молей воздуха 3 моля воздуха 18 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 18

Состав системы Fe – 0.1 моль Cl – 1 моль Si – 10 моль Состав газовой фазы при барботаже расплава кремния с примесями железа хлором Расчет удаления примесей 19 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 19

% % оС оС Состав газовой фазы системы Si-Mn-H2O-N Содержание Mn в расплаве Расчет удаления примесей 20 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 20

Расчет удаления примесей T = 1600.00C ( 1873.15K) 21 В K, Al, Na, Ca, Mg Ni, Ti, V, Mn Fe P


Слайд 21

Эксперимент 2003: получение высокочистого кремния на ЗАО «Кремний» г. Шелехов Иркутской области


Слайд 22

Эксперимент В 2003 был проведен эксперимент на 16,5 MВт электротермической 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 23


Слайд 23

Эксперимент C0 – концентрация примесей в нерафинированном кремнии Cr – концентрация примесей в рафинированном кремнии 24


Слайд 24

Сравнение экспериментальных данных с расчетами 25


Слайд 25

26 Генератор газовой смеси ГГС –Изготовленный в Институте геохимии аппарат предназначенный для отработки 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.


Слайд 26

27 Эксперимент Декабрь 2006: получение высокочистого кремния на одной из 20 МVА печей ТОО МК «Kaz Silcon» г.Уштобе р. Казахстан.


Слайд 27

Mg7Si8O22(OH)2 KAlSiO4 CaSiO3 Al2O3 Na2SiO3 CaAl2Si2O8 FeAl2O4 Концентрация Ca в кремнии полученная при практических испытаниях генераторов газовых смесей на ТОО МК KazSilicon г. Уштобе Казахстан 17-24 декабря 2007 года


Слайд 28

29 Si+1/2O2 =SiO + 111 ккал Si + O2 = SiO2 + 203 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


Слайд 29

Высокотемпературная печь


Слайд 30


Слайд 31

Технические характеристики высокотемпературной печи


Слайд 32

Лабораторная линия для получения мультикремния


Слайд 33

Карботермическое восстановление MG Рафинирование расплава Выращивание мультикремния Газовая смесь Схема технологии прямого получения SoG мультикремния из высокочистого рафинированного MG кремния. Разработана принципиально новая технология получения мультикремния для солнечной энергетики.


Слайд 34

35 Особенности новой технологии рафинирования кремния Использование больших объемов продуваемых газовых смесей. Регулировка температуры 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


Слайд 35

Заключение Результатом работы стала технологически проверенная технология удаления бора из расплава кремния. C 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.


Слайд 36

Спасибо за внимание!


×

HTML:





Ссылка: