工业硅熔体连铸过程中热-力行为的数值模拟

通过建立小断面圆坯连铸结晶器二维轴对称耦合数学模型,探究拉速对结晶器内工业硅熔体的流动、传热及凝固等行为的影响,开展工业硅熔体连铸过程中热-力行为的数值模拟研究。通过在模型中耦合应力场,讨论临界拉速下工业硅铸坯中的应力分布特征。研究结果表明:当拉速保持在临界拉速(2.06 mm/s)以下时,工业硅铸坯可以顺利拉出结晶器;当拉速超过临界拉速时,铸坯内的液芯长度超过230 mm,使出口处的坯壳厚度减薄,从而导致铸坯出现漏液风险。随着拉速增大,铸坯内部应力呈现递增趋势。当拉速达到临界拉速时,结晶器内铸坯的最大应力仅有178.72 MPa,表明结晶器内熔体凝固部分不会产生裂纹,可确保工业硅熔体连铸过程的连续性。

工业硅冶炼矿热炉内起弧过程数值模拟

为研究工业硅矿热炉起弧过程的传热特性,通过建立矿热炉内热-流动-电磁耦合的磁流体动力学模型,利用COMSOL Multiphysics 5.4软件模拟了起弧过程电弧放电、气体流动及炉内温度,并探究了电流大小对矿热炉内起弧过程的影响。结果表明,炉内两电极间受大电流的影响,短时间内发生电弧放电现象,0.5 s内炉内的最高温度由300 K升高到3610 K,最高流速由初始的静止状态增加到1.45 m/s。当保持两电极间起弧距离为15 cm时,施加交流电大小从22108 A升高到62108 A,0.5 s后炉内的最高温度由794 K升高到6091 K,最高流速由0.81 m/s增加到1.71 m/s。流体速度变化相对较为集中,电弧局部产生强烈热对流,大量热量向炉内传递,利于烘炉的进行。通过将阳极表面温度与文献中的数据进行对比验证,建立的数学模型可以准确地反映矿热炉内起弧过程,对于了解炉内起弧规律具有重要现实意义。

直拉法单晶硅制备过程控氧技术研究进展

随着我国光伏行业的快速发展,直拉(CZ)法制备的单晶硅朝着大尺寸、高品质、低成本的方向发展,然而随着单晶硅尺寸越来越大,其内部氧杂质含量偏高的问题也越来越突出。本文在介绍CZ法制备单晶硅过程中氧杂质传输机理的基础上,归纳总结了单晶硅生产过程的控氧技术现状,分析了热场结构优化、工艺优化、掺杂元素、氩气流场优化以及新型CZ技术对单晶硅氧杂质含量的影响规律,并对控氧技术的发展方向提出了展望。

磨矿方式对回收工业硅精炼渣中单质硅的影响

工业硅精炼渣(MGSRS,简称硅渣)中单质硅被渣紧紧包裹,且硅颗粒粒度分布不均,存在很多细小颗粒,在浮选过程中硅渣分离困难,导致单质硅的回收率较低。提出首先需要解决的是单质硅与渣的解离,研究了磨矿方式对硅渣解离的影响,进而研究了磨矿方式对浮选回收硅渣中单质硅的影响。结果表明,硅渣湿磨后进行浮选,单质硅的回收率为17.28%,远高于干磨的2.10%,这主要是由于湿法磨矿得到的硅渣颗粒平均粒度为21.07μm,且较干磨的颗粒均匀。微观形貌结果可见明显解离的单质硅颗粒,硅与渣分离的效果优于干磨。此外,由X射线光电子能谱(XPS)结果可知,湿磨中伴随着硅酸盐的水解过程,进一步提高了硅酸盐的亲水性。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,湿磨后硅表面形成了悬挂的Si-H键,表面更加疏水,利于浮选。

SiC与硅片切割废料氧化层的热力学分析与还原研究

金刚线硅片切割废料(DWSSP)是单晶硅片切割过程中产生的废料,含有大量高纯硅.如能将DWSSP有效回收可降低高纯硅生产成本和环境安全隐患,然而DWSSP硅颗粒表面存在SiO_(2)阻碍了硅的回收利用.基于此,作者提出一种采用SiC将DWSSP硅颗粒表面SiO_(2)还原为Si的新方法.首先通过热力学计算常压和真空下SiC还原SiO_(2)反应的可行性.热力学结果表明,常压下SiC还原SiO_(2)反应无法进行;真空下可降低ΔGT,真空度越低,反应温度越低,SiC还原SiO_(2)反应越容易进行.然后进行实验对热力学计算结果进行验证,实验结果表明,常压下未发现Si的存在,真空下随温度的升高SiO_(2)逐渐被还原为Si,与热力学计算结果一致.当真空度为10^(-3)Pa、还原温度为1973 K时,采用SiC可将SiO_(2)全部还原为Si.因此,进一步采用SiC对DWSSP硅颗粒表面SiO_(2)进行真空还原,结果表明,当真空度为10-3Pa,温度为1973 K时,SiC可有效地将DWSSP硅颗粒表面SiO_(2)全部还原为Si.本研究在真空条件下采用SiC还原DWSSP硅颗粒表面SiO_(2),可以增加高纯硅产率,减少高纯硅损失并降低反应所需温度节约能源,具有回收效率高、环境污染小等特点.

电镀金刚线硅片切割废料杂质溯源及源头控制

随着中国光伏产业快速发展,单晶硅片需求和产量逐年增加,金刚线硅片切割废料产量随之急剧增加,不仅导致高纯硅资源浪费,还造成严重生态环境问题。硅片切割过程中35%~40%的99.9999%的高纯硅(6N级)生成亚微米硅粉损失,且随着细线化、薄片化等金刚线硅片切割工艺的进步,废料杂质来源变得复杂和多样,增加提纯回收增值利用难度。为了降低回收难度,科学合理制定回收工艺路线、研发高效清洁回收技术以期获得易循环再生的高纯硅废料,进行杂质溯源研究明确其来源及渠道,以通过源头控制实现原料质量的稳定和提升对废料回收利用极为必要。结合单晶硅片切割工艺,基于典型原料分析结果,通过对切片过程相关辅料进行采样和分析,完成硅片切割废料中的杂质溯源研究,并提出了有效的源头控制措施,获得了高品质的原料。结果表明:Al杂质来源于有机添加剂和垫板,Fe和Ni杂质来源于金刚线,Ca杂质来源于工业用水和粘胶,Mg杂质来源于有机添加剂和工业用水,有机C来源于垫板和粘胶。源头控杂后得到的硅片切割废料中Al,Fe及Ca杂质含量大幅下降,分别为1.3×10^(-6),4.3×10^(-6)和5.5×10^(-6)。对硅片切割废料杂质源头控制提升原料品质和提高废料利用效率具有重要意义。