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          太陽能級多晶硅制程技術探討

           

          太陽能級多晶硅技術分為化學法與物理法兩大類。化學法的多晶硅制程泛指硅在純化過程中,需要轉換成硅化合物的中間產物,再利用裂解或氧化還原反應,將硅化合物轉成高純度的多晶硅原料。
           
            物理法制程又稱為冶金法,是將冶金級硅在不改變硅的本質狀況下,將雜質利用物理或化學法移除,雖然還是有化學反應參與,但其反應對象是針對硼、磷等雜質,硅并未改變其化性,以物理法純化的純度有其極限,由于成本低廉,被視為是取代高純度多晶硅的明日之星。
           
            化學法制程可產出純度較高的多晶硅,但由于中間牽涉到許多副產品的控制與處理,技術難度較高,依照不同技術來源,成本各異,一般來說成本比物理法制程高。大部分化學法都需利用冶金級硅(metallurgical grade silicon;MG)來當作硅化合物的原料,少數是直接利用二氧化硅來制備硅化合物。
           
            化學法中,西門子法(Siemens process)廣為早期生產半導體級多晶硅的業者所采用,此法技術成熟但成本較高。除西門子法外,尚有ASiMi法、流體床反應法與管狀沉積法等。
           
            ASiMi法是Advanced Silicon Material (ASiMi)公司所研發,系利用硅甲烷(silane/ SiH4)為原料的高純度多晶硅制程技術。2005年ASiMi宣布退出多晶硅市場,大部分股權由挪威REC (Renewable Energy Corp)收購,因此此項技術目前仍由REC在進行生產。
           
            流體床反應法與ASiMi法同樣以硅甲烷為原料,這種方法的反應溫度較低,可減少近30%的耗電量,且因硅晶種反應面積較大,反應爐內氣流速度快,可解決ASiMi法沉積速度慢的問題。流體床反應可為連續式的生產,也是流體床反應爐優于鐘罩形西門子反應爐的原因。
           
            管狀沉積法是Joint Solar Silicon GmbH (JSSI)使用的多晶硅生產技術,所使用的原料與原理和流體床反應法相同,皆為硅甲烷與氫氣加熱分解后產生的多晶硅。JSSI宣稱此法所消耗的電量為傳統西門子法的10分之1,轉換率可達95~98%,目前已有量產紀錄。
           
            物理法制程的冶金法太陽能多晶硅,于2008年開始被少量產出。冶金法純化太陽能級硅的技術同時還需要雜質較低的冶金級硅為原料,然后經過幾道程序才能完成。
           
            另外,亦有業者投入其它制程的量產技術,仍在研發階段,例如鈉還原法與熱碳還原法的純化技術不需經過冶金級硅的途徑,其原料如氟硅酸鈉為肥料的副產品,而硅酸鈉可直接從二氧化硅的化學反應途徑而得。
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