硅铝合金中锡的添加对初晶硅回收的影响及锡的电解沉积研究

摘要

能源危机的日益严重使得人们迫切地加大对新能源的开发，太阳能作为新能源的一种，以其广泛的分布、使用安全可靠、无污染等优势，已经得到了各国的广泛重视和应用。光伏发电作为太阳能应用领域的主要技术形式，是人们研究和探索的重中之重。美、日、德等发达国家先后启动了各自的光伏发展计划，我国也于2009年颁布了《关于实施金太阳示范工程的通知》，大力发展太阳能发电工程，至2011年底，装机总量从300MW增加到了3 GW。
　　然而用作太阳能电池最主要原料的高纯多晶硅材料却存在严重的供料不足，无法填补太阳能发电技术飞速发展带来原料需求的缺口。冶金法作为一种有效的低成本、低能耗、低污染的制备高纯多晶硅的方法，其最大的特点在于有针对性的对多晶硅中的金属杂质、磷(P)杂质和硼(B)杂质进行有效去除，最终将多晶硅纯度提升到适用于太阳电池发电要求的6N水平。
　　冶金法提纯多晶硅技术发展的十几年中，许多新技术被不断提出。对于金属杂质和P杂质的去除已经取得了突破性进展，各自具备了稳定的工艺路线。对于B杂质而言，合金精炼是一种有效的除杂方法，由于合金金属的加入，如何提高该种方法应用过程中初晶硅的回收率以及合金金属的回收非常重要。
　　本论文主要以合金精炼法有效去除多晶硅中B杂质为基础，从初晶硅和溶剂金属的回收出发，以晶体合金生长和电化学为依据，分别研究合金精炼过程中初晶硅和作为溶剂的金属Sn的有效回收，希望推动合金精炼技术在冶金法去除多晶硅中杂质方面的工业化应用，得到如下结论:
　　(1)电阻加热熔炼的合金铸锭中，初晶硅均匀地分布在铸锭内;而中频感应加热熔炼后的合金铸锭，首先析出的初晶硅富集在合金底部;在Si-Al合金中添加金属Sn可以增加初晶硅的枝晶宽度，原合金中Si所含比例越小，金属Sn的添加对于初晶硅枝晶宽度的增加效果越明显。
　　(2)金属Sn的添加可以提高合金中初晶硅的回收率，与理论回收率相比，Sn的添加对于初晶硅实际回收率的影响趋势是一致的，但在数值上要低5-10％;对于相同的合金成分，降低合金的冷却速率可以使初晶硅回收率增加，当合金冷却速率降低至1K/min时，初晶硅回收率与10 K/min相比可以增加15-20％。
　　(3)采用油浴常压消解法，HF-HNO3混酸消解硅样品，通过加入甘露醇抑制B元素的挥发，方法的回收率可以到达95％以上;相对标准偏差均小于3.0％。检出限为0.036μg/ml，该方法的精密度、准确度均能满足要求，且操作简便。Al-Si二元合金中Sn的加入对B有较好的分凝能力，随着Sn含量的增加，B的去除能力稍有削弱，但是仍能有效去除B杂质。
　　(4)当电流密度较小时，电流效率会随着电流密度的增加而增加，由89％增加到93％;而当电流密度大于0.4 A/cm2时，电流效率反而会逐渐降低;电解液的pH值和电解时间都会影响电流效率的大小，在酸性条件下，强酸条件下有利于金属Sn的电解，而在碱性条件下该过程无法顺利进行;电流效率会随着沉积时间的增加而增加，但当沉积时间达到8min时，表面沉积的金属Sn会出现脱落而导致电流效率的降低。
　　(5)当改变搅拌方式时，超声条件下的电流效率要好于电磁搅拌下的电流效率。阴极沉积层上沉积的金属Sn晶粒多为球状颗粒，堆积密度较高，堆积比较致密，而脱落的金属Sn为枝晶结构，这部分脱落的金属Sn是由于电流密度的加大和电解时间的延长引起的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 立题背景

1．2 冶金法制备太阳能级多晶硅

1．2．1 冶金法的发展和现状

1．2．2 冶金法主要技术

1．2．3 冶金法多晶硅提纯工艺

1．3 合金精炼技术

1．3．1 合金精炼原理及应用

1．3．2 合金精炼在提纯多晶硅方面的研究

1．3．3 合金精炼过程中硅的分离与回收

1．4 电解沉积回收技术

1．5 本文研究的目的及主要内容

2 Sn的添加对初晶硅回收率的影响

2．1 实验设备

2．2 实验工艺

2．2．1 实验过程

2．2．2 实验参数

2．3 结果与讨论

2．3．1 熔炼方式对初晶硅分布的影响

2．3．2 Sn的添加对初晶硅枝晶宽度的影响

2．3．3 Sn的添加对初晶硅回收率的影响

2．3．4 冷却速率对初晶硅回收率的影响

2．3．5 ICP-AES法测定初晶硅中B杂质的含量

2．4 本章小结

3 电解回收铝硅锡合金中的金属Sn

3．1 实验设备及试剂

3．1．1 实验设备

3．1．2 主要试剂

3．2 实验工艺

3．2．1 实验过程

3．2．2 电解实验参数

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 电解沉积锡的理论基础

3．3．2 电流密度对电流效率及沉积层质量的影响

3．3．3 pH值对电流效率的影响

3．3．4 沉积时间对电流效率的影响

3．3．5 搅拌方式对电流效率的影响

3．4 阴、阳级产物的表征

3．4．1 阳极硅的表面形貌

3．4．2 阴极产物的表征

3．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢