太阳能级硅湿法提纯工艺研究及数值模拟

摘要

传统化石能源的枯竭和污染问题已使全世界认识到发展可再生能源的重要性，而洁净、无穷无尽的太阳能是最好的可再生能源之一，研究光伏材料的生产工艺，降低其生产成本，提高光电转换效率是光伏材料研究的主要方向。只有太阳能光伏的发电成本降低到可以和传统能源竞争，它才能在能源领域发挥真正的主导作用。多晶硅以其生产成本与原料价格低廉的优势成为目前广泛采用的太阳电池材料。冶金法作为一种低成本的硅提纯工艺，是目前研究的热点之一。本文主要研究了低成本太阳能级硅的酸洗预处理及硅材料定向凝固加热过程的模拟。
　　 论文分析了光伏产业的发展状况以及冶金法生产多晶硅的研究现状；采用酸洗预处理对工业硅进行了浸出试验，试验前制备了硅的金相试样，通过对其分析确定了酸洗提纯所用冶金硅的粒度范围；设计了四因素三水平的正交试验，探究了硅粉粒径、酸洗时间、酸洗温度、氢氟酸浓度对浸出效果的影响。通过试验得到了各因素影响杂质去除效果的主次顺序，为后续的中试规模放大实验提供了依据。随后文章介绍了定向凝固提纯的原理以及定向凝固过程中硅块存在的缺陷；在深入研究多晶硅铸锭工艺的基础上，采用有限元软件以石墨坩埚、石英坩埚、加热器和硅为研究对象，建立了三维模型，通过加载得到了加热过程中的温度分布，所得结果与实际相符，这为工艺的进一步优化提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 硅材料研究现状

1.3 本文研究目的及主要工作

第二章 冶金级硅的酸洗提纯工艺

2.1 概述

2.2 试验材料及方案

2.3 试验结果及分析

2.4 小结

第三章 多晶硅定向凝固原理及工艺

3.1 引言

3.2 定向凝固的基本原理

3.3 多晶硅晶体生长工艺

3.4 定向凝固过程中出现的问题

3.5 小结

第四章 太阳能级硅定向凝固加热过程模拟

4.1 ANSYS热单元简介

4.2 铸锭炉内热量传输遵循的规律

4.3 数值模拟

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢