多晶硅危害及應(yīng)用價(jià)值

在太陽(yáng)能利用上，單晶硅和多晶硅也發(fā)揮著巨大的作用。要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)者接受，就必須提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。從國(guó)際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。

單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如在力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料冶金級(jí)硅的提煉并不難。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來(lái)的硅的純度約98-99%，但半導(dǎo)體工業(yè)用硅還必須進(jìn)行高度提純(電子級(jí)多晶硅純度要求11N，太陽(yáng)能電池級(jí)只要求6N)。而在提純過(guò)程中，有一項(xiàng)“三氯氫硅還原法(西門子法)”的關(guān)鍵技術(shù)我國(guó)還沒(méi)有掌握，由于沒(méi)有這項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)在提煉過(guò)程中70%以上的多晶硅都通過(guò)氯氣排放了，不僅提煉成本高，而且環(huán)境污染非常嚴(yán)重。我國(guó)每年都從石英石中提取大量的工業(yè)硅，以1美元/公斤的價(jià)格出口到德國(guó)、美國(guó)和日本等國(guó)，而這些國(guó)家把工業(yè)硅加工成高純度的晶體硅材料，以46-80美元/公斤的價(jià)格賣給我國(guó)的太陽(yáng)能企業(yè)。得到高純度的多晶硅后，還要在單晶爐中熔煉成單晶硅，以后切片后供集成電路制造等用。可以用于二極管級(jí)、整流器件級(jí)、電路級(jí)以及太陽(yáng)能電池級(jí)單晶產(chǎn)品的生產(chǎn)和深加工制造，其后續(xù)產(chǎn)品集成電路和半導(dǎo)體分離器件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事電子設(shè)備中也占有重要地位。

1)氫氣：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會(huì)發(fā)生爆炸。氣體比空氣輕，在室內(nèi)使用和儲(chǔ)存時(shí)，漏氣上升滯留屋頂不易排出，遇火星會(huì)引起爆炸。氫氣與氟、氯、溴等鹵素會(huì)劇烈反應(yīng)。2)氧氣：助燃物、可燃物燃燒爆炸的基本要素之一，能氧化大多數(shù)活性物質(zhì)。與易燃物(如乙炔、甲烷等)形成有爆炸性的混合物。3)氯氣：有刺激性氣味，能與許多化學(xué)品發(fā)生爆炸或生成爆炸性物質(zhì)。幾乎對(duì)金屬和非金屬都起腐蝕作用。屬高毒類。是一種強(qiáng)烈的刺激性氣體。4)氯化氫：無(wú)水氯化氫無(wú)腐蝕性，但遇水時(shí)有強(qiáng)腐蝕性。能與一些活性金屬粉末發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣。遇氰化物能產(chǎn)生劇毒的氰化氫氣體。5)三氯氫硅：遇明火強(qiáng)烈燃燒。受高熱分解產(chǎn)生有毒的氯化物氣體。與氧化劑發(fā)生反應(yīng)，有燃燒危險(xiǎn)。極易揮發(fā)，在空氣中發(fā)煙，遇水或水蒸氣能產(chǎn)生熱和有毒的腐蝕性煙霧。燃燒(分解)產(chǎn)物：氯化氫、氧化硅。6)四氯化硅：受熱或遇水分解放熱，放出有毒的腐蝕性煙氣。7)氫氟酸：腐蝕性極強(qiáng)。遇H發(fā)泡劑立即燃燒。能與普通金屬發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣而與空氣形成爆炸性混合物。8)硝酸：具有強(qiáng)氧化性。與易燃物(如苯)和有機(jī)物(如糖、纖維素等)接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引起燃燒。與堿金屬能發(fā)生劇烈反應(yīng)。具有強(qiáng)腐蝕性。9)氮?dú)猓喝粲龈邿幔萜鲀?nèi)壓增大。有開(kāi)裂和爆炸的危險(xiǎn)。10)氟化氫：腐蝕性極強(qiáng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開(kāi)裂和爆炸的危險(xiǎn)。

冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅(Solar Grade Silicon簡(jiǎn)稱SOG—Si)，是指以冶金級(jí)硅(MetallurgicalGrade Silicon簡(jiǎn)稱MG-Si)為原料(98.5%~99.5%)。經(jīng)過(guò)冶金提純制得純度在99.9999%以上用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的多晶硅原料的方法。冶金法在為太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)服務(wù)上，存在成本低、能耗低、產(chǎn)出率高、投資門檻低等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)發(fā)展新一代載能束高真空冶金技術(shù)，可使純度達(dá)到6N以上，并在若干年內(nèi)逐步發(fā)展成為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的主流制備技術(shù)。

不同的冶金級(jí)硅含有的雜質(zhì)元素不同，但主要雜質(zhì)基本相同，主要包括Al、Fe、Ti、C、P、B等雜質(zhì)元素。而且針對(duì)不同的雜質(zhì)也研究了一些有效的去除方法。自從1975年Wacker公司用澆注法制備多晶硅材料以來(lái)，冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅被認(rèn)為是一種有效降低生產(chǎn)成本、專門定位于太陽(yáng)多級(jí)多晶硅的生產(chǎn)方法，可以滿足光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展需求。針對(duì)不同的雜質(zhì)性質(zhì)，制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的技術(shù)路線。