任务二:晶硅电池产业链工艺流程-.pptx
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1、光光伏伏电池池制制备工工艺1光光伏伏电池制池制备的准的准备任任务二二晶硅晶硅电池池产业链工工艺流程流程2 目目 录 一.相关概念 二.产业链结构 三.主要工艺流程 1.原生多晶硅 2.单晶硅拉制工艺 3.多晶铸锭工艺 4.准单晶工艺 5.电池片生产工艺 四.总结3 定义:光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,几乎全部由半导体物料(例如硅)制成的固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗(电池板使用寿命20年以上)。简单的光伏电池可以为手表及计算器提供能源,较复杂的光伏系统可以为房屋提供照明,并入电网供电。太阳能太阳能电池池4太阳能太阳能电池池晶硅晶硅
2、电池池多元化合物薄膜多元化合物薄膜电池池单晶硅晶硅电池池多晶硅多晶硅电池池种种类非晶硅薄膜非晶硅薄膜电池池硫化硫化镉砷化砷化镓铜铟硒薄膜硒薄膜电池池5多晶硅多晶硅:是单质硅的一种形态.熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形成多晶硅.单晶硅晶硅:熔融的单质硅在过冷的条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就形成单晶硅.622-5月-247二二.产业链结构构硅矿石silica太阳能级多晶硅SoG:67N工业硅MS-Si12N单晶硅棒多晶铸锭化
3、学法:改良西门子冶炼SiO2+C Si+CO2 Si+HClSiHCl3+H2SiHCl3+H2Si+HCl铸锭炉直拉或区熔(CZ or FZ)准单晶硅锭单晶硅片单晶硅太阳能电池多晶硅片铸锭炉切片机切片机多晶硅太阳能电池太阳能光伏发电系统切片机二二.产业链结构构81.原生多晶硅原生多晶硅三三.主要流程介主要流程介绍922-5月-2410三三.主要流程介主要流程介绍 三大主要生三大主要生产方法方法多晶硅多晶硅改良西改良西门子法子法硅硅烷法法冶金法冶金法注:前两种方法为化学方法,后一种为物理方法,国内改良西门子法占比95%以上22-5月-2411 改良西改良西门子法子法三三.主要流程介主要流程介绍
4、.主要反应原理:Si+HCl SiHCl3+H2+SiCl4+SiH2Cl2(三氯氢硅合成炉)SiHCl3+H2 Si+HCl(还原炉)SiCl4+H2 SiHCl3+HCl(氢化炉)四四氯化硅化硅还原生原生产三三氯氢硅一直是全球多晶硅生硅一直是全球多晶硅生产企企业广泛关注的焦点广泛关注的焦点问题,此方法不但,此方法不但处理理了副了副产物四物四氯化硅,同化硅,同时还重新得到了生重新得到了生产多晶硅的原料三多晶硅的原料三氯氢硅,硅,氯化化氢也可以自身利用,能也可以自身利用,能显著地著地降低生降低生产成本,各个生成本,各个生产企企业都花都花费了大量的人力物力了大量的人力物力进行研究。行研究。22-
5、5月-2412氯化化氢硅粉硅粉氯化化分离分离冷凝冷凝粗粗馏精精馏冷凝冷凝还原尾气原尾气还原原氢净化化多晶硅多晶硅水水电解解四四氯化硅化硅冷凝冷凝四四氯化硅化硅氢气、三气、三氯氢硅硅氯化化氢三三氯氢硅硅氢还原原改良西改良西门工工艺流程流程三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-2413氢化方法:化方法:热氢化与冷化与冷氢化化热氢化技化技术利用以下反应:2SiCl4+H22SiHCl3+2HCl反应温度为12001250,压力范围1.52.5个大气压力,三氯氢硅的单程收率大约为17%20%左右.工工艺优点点:压力比较缓和,对设备要求低,安全性好,且氢气和四氯化硅比值较小,因此还原炉内四氯化硅浓度较
6、高,保证了还原反应的速率以及充分性,且降低了后期分离的难度.工工艺缺点缺点:反应温度高,电耗高,TCS单耗2.2 3KWh/kg,加热片为易耗材料,运行费用较高,有碳污染的可能。三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-2414热氢化改良西化改良西门子法多晶硅生子法多晶硅生产工工艺流程流程简图三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-2415冷冷氢化技化技术利用以下反应:SiCl4+2H2+3Si 4SiHCl3反应温度为450,压力范围1.51.8MPa,转化率大约为20%25%左右.需要催化剂NiO工工艺优点点:反应温度低,电耗低,TCS单耗 1KWh/kg工工艺缺点缺点:气固反应,操作压力较
7、高,对设备密封性要求高,操作系统较复杂,提纯工作量大。三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-2416冷冷氢化改良西化改良西门子法多晶硅生子法多晶硅生产工工艺流程流程简图TCS:三三氯化硅化硅STC:四:四氯化硅化硅DCS:二:二氯二二氢硅硅1722-5月-2418(3)硅)硅烷法法最终用硅烷热解制得多晶硅的方法其中制备硅烷的方法:硅镁合金工艺、氯硅烷歧化工艺、金属氢化物工艺三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-2419(4)冶金法)冶金法工工业硅硅酸洗酸洗氧化精氧化精炼真空真空处理理凝固精凝固精炼太阳能太阳能级硅硅添加Ca去除Ti、Fe除B、C去除P、O、Ca、Al三三.主要流程介主要流程
8、介绍22-5月-2420 1.光伏产业带动多晶硅产业的迅速发展,生产1MW太阳能电池约需要10吨多晶硅,晶体硅材料是主要的光伏材料,其市场占有率在80%以上,而且在今后相当长一段时期,也依然是太阳能的主流材料。2.西门子法是目前多晶硅生产的主流技术,约90%的多晶硅由此技术生产,短期内这种局面不会改变.3.多晶硅生产气体使用情况 氮气的消耗量是跟你的工艺设计、用途有关,一般年产一千吨的多晶硅,经验统计,消耗每小时在500700方,主要是用在尾气、置换气、压料气、擦洗气氩气的消耗主要是硅芯方面小小 结:三三.主要流程介主要流程介绍22-5月-24212.单晶硅拉制工晶硅拉制工艺三三.主要流程介主
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