太阳能发电硅锭的物理冶金法

物理冶金法(也叫冶金法、物理法，等等)是用物理和冶金的方法对太阳能发电硅进行提纯。 在这类提纯工艺中，硅的成分不发生变化。用物理冶金法提纯硅可以从金属硅开始，也可以从二氧化硅碳还原开始。提纯主要针对的是金属杂质、碳、硼和磷，等等。 用该类方法提纯得到的桂料都称作UMG (upgraded metallurgical grade)硅料。 　　

物理冶金法是一整套提纯工艺的统称。其典型的工艺方法有精细冶炼（如选 矿，造渣，吹气等），湿法（酸洗）冶炼，定向凝固提纯，等离子氧化除硼，湿汽氧化初硼，真空除磷，电子束除磷，氧化除碳，等等。一个完整的物理冶金法往往是这其中几种方法的组合。这些方法的具体过程这里不进行详述。 　　

从报道数据看，目前用物理冶金法制成的硅料纯度最好的是日本川崎制铁公司。其太阳能发电工艺是选择纯度较好的工业硅进行真空熔炼，加上电子束和蒸发，主要去 除磷，然后进行第一次定向凝固。去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分 后，进行粗粉碎与酸清洗。再次熔化硅，并用等离子体火焰加上通入湿汽（氧气和 水蒸气)去除硼杂质。然后再进行第二次定向凝固。得到的就是UMG硅料。硅的 硼含量在0. 04～0. 1 ppmW,憐含量在0. 03～0. 14 ppmW，招小于0. 01 ppmW，铁小 于0_ 05 ppmW，钦小于0. 01 ppmW，氧小于6 ppmW，碳小于5 ppmW。 　　

许多物理冶金法的开发者都报道其硅料纯度达到6个9以上（6 N)，其中的硼 约0. 1～0. 3ppmW，磷0. 1～0. 8ppmW。这种材料虽然没有达到表5. 2中太阳能级 多晶硅的纯度要求，但也可以用来铸锭或拉单晶，或者掺人到更高纯的原生多晶硅 原料中，混着使用。 　　

UMG硅料的主要问题是其硼磷含量较高。如果用于铸锭工艺中，硅锭的头部 会出现n型部分，影响太阳能发电硅锭的成材率，从而影响铸锭成本。另外，硼含量偏高会引起 光致衰减（light induced degradation)，这尤其在单晶电池上更加明显。另外，物理 冶金法提纯在规模化后往往存在产品稳定性，重复性问题。这一问题严重影响这类方法的产业化推广。 　　

物理冶金法的研究在20世纪80年代初曾经非常活跃，后来沉寂了 20多年。 2003年后硅材料的严重供不应求使得这种方法的研究又活跃起来，到2010年左右， 许多公司都纷纷发布用物理冶金法提纯硅达到6个9(6 N)。有部分UMG硅料用 于铸锭制作多晶硅片或用于单晶提拉制作单晶硅片，并且有光伏组件及光伏发电示 范站用UMG硅料制作而来。 　　

由于硅料价格近两年来快速下跌，使得硅料在整个光伏组件中的成本比例由过 去的70%多下降到不到15%。这种市场情况使得物理冶金法生产的UMG硅料没有机会在市场进行规模化试用和推广。虽然这些年物理冶金法在UMG硅料纯度上有了很大的提升，但是电池技术也在不断提升，电池转换效率在不断提高，从而对硅料的品质要求也在不断提高。这些市场需求变化使得UMG硅料在品质上总是落后于市场需求。 　　

另外，为了得到更高纯度的UMG硅料，物理冶金法的工艺也必须更加复杂，成本更高。这样相对于价格不断下降的原生多晶硅,UMG硅料总是处于竞争的弱势方，这一方法也一直处于市场的边缘。晶硅电池的发展趋势是更高的转换效率，这种趋势对物理冶金法是一个极大的挑战。 　　

物理冶金法(也叫冶金法、物理法，等等)是用物理和冶金的方法对太阳能发电硅进行提纯。 一整太阳能发电套提纯工艺的统称。硅料价格近两年快速下跌，使得硅料的使用下降到不到15%。这也是市场的一个趋势。

更新时间：2015-8-12 13:01:00
太阳能发电原创，版权所有。转载请注明来源自上海上海太阳能发电网