【摘要】：目前制備太陽能級(jí)硅的主要方法是化學(xué)法,這些方法具有能耗高、環(huán)境污染大等缺點(diǎn)。因此亟需開發(fā)一種低能耗、低成本的太陽能級(jí)硅的專用生產(chǎn)技術(shù)。Al-Si合金法可以大規(guī)模、低成本的提純硅,可以同時(shí)有效去除硅中的關(guān)鍵雜質(zhì)元素B和P。本論文以冶金硅中雜質(zhì)元素的基本性質(zhì)為研究基礎(chǔ),使用自主設(shè)計(jì)并裝配的電磁感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過對(duì)所制備的一系列樣品進(jìn)行分析。得到了如下結(jié)果:(1)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)制備的Al-Si合金連續(xù)凝固樣品進(jìn)行組織形貌觀察和Al的分布分析,均驗(yàn)證了該連續(xù)凝固合金的凝固過程為定向凝固,且發(fā)現(xiàn)連續(xù)凝固過程中A1的分布有兩種方式:Scheil模型分布和Initial Transient模型分布。使用二元合金凝固理論模型對(duì)Al的分布進(jìn)行擬合得到了其分布曲線方程,并總結(jié)出過共晶Al-Si合金中Al的表觀偏析系數(shù)k在本實(shí)驗(yàn)條件下為0.83左右,且隨著合金中Al含量的升高呈緩慢下降的趨勢(shì),而共晶Al-Si合金中的Al均勻分布。(2)在Al-Si合金連續(xù)凝固過程中初晶Si中的雜質(zhì)分布元素B、P、Al、Fe、Ti 的去除率最高分別達(dá)到了: 74.06%、84.31%、60.68%、99.56%、99.44%。通過對(duì)鑄錠形貌和雜質(zhì)元素含量的分析總結(jié)了雜質(zhì)元素的去除規(guī)律：在凝固過程中,隨著初晶硅的生長(zhǎng),所有雜質(zhì)元素偏析至Al-Si共晶熔體中而去除,其中P、Al、Fe、Ti再隨著定向凝固的進(jìn)行偏析至鑄錠頂部。通過表觀偏析系數(shù)對(duì)雜質(zhì)元素的偏析行為進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其表觀偏析系數(shù)均隨著凝固溫度的降低而升高,且遠(yuǎn)大于平衡偏析系數(shù)。(3)分別研究Ti的添加量和合金成分對(duì)Al-Si合金法在定向凝固條件下除B的影響及其除B的機(jī)理。通過形貌分析發(fā)現(xiàn):在定向凝固條件下,初晶硅均被富集至鑄錠底部,這有助于實(shí)驗(yàn)后收集初晶硅的同時(shí)減少鹽酸的消耗。通過分別對(duì)不同Ti添加量的Al-30wt.%Si合金和不同Si含量的Al-Si-Ti體系中B的含量及其表觀偏析系數(shù)的分析,總結(jié)了添加適量Ti對(duì)Al-30Si合金在定向凝固條件下快速除B的機(jī)理及合金中Si含量對(duì)Al-Si-Ti體系除B的影響機(jī)制。(4)通過對(duì)定向凝固法提純冶金級(jí)硅的初步探索,發(fā)現(xiàn)定向凝固速度越慢,硅錠的柱狀晶區(qū)體積占比越高,雜質(zhì)的偏析去除效果越好。其中雜質(zhì)元素B、P、Al、Fe、Ti 的去除率最高分別達(dá)到了: 60%、56%、99.8%、99.4%、99.9%。而且在熔煉過程中向熔體內(nèi)部通入濕氫氣進(jìn)行精煉可進(jìn)一步降低B的含量。最終將上述研究成果有機(jī)結(jié)合提出了一條可行的低成本合金法制備太陽能級(jí)硅的工業(yè)化路線。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.2
【圖文】：

消費(fèi)均呈持續(xù)增高的趨勢(shì)，英國(guó)石油公司的統(tǒng)計(jì)表明：能源需求不斷增長(zhǎng)的關(guān)鍵逡逑推動(dòng)因素是世界人口的增長(zhǎng)和收入的提高。預(yù)計(jì)２０３０年全球人口數(shù)量將達(dá)到８３逡逑億，隨著人民收入水平的不斷提高，新增的能源需求將會(huì)更高。圖１－１顯示了世逡逑界能源消費(fèi)的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)入２１世紀(jì)以來全球次能源（煤、石油、天然氣）逡逑消費(fèi)總量年均增長(zhǎng)２．６％左右，從２０１３至２０３５年，世界次能源消費(fèi)將逐漸放逡逑緩，預(yù)計(jì)年均增長(zhǎng)１．６％。逡逑各行業(yè)的消費(fèi)邐各種燃料的消費(fèi)逡逑卜億噸油當(dāng)置邐十億噸油當(dāng)Ｍ逡逑１８邐１８邋ｒ逡逑ｊ邐ｊ可再生能源逡逑１５邋ｒ邐１５邐Ｍｔｔ逡逑１９６５邐２０００邐２０３５邐１９６５邐２０００邐２０３５逡逑圖１－１世界能源消費(fèi)發(fā)展趨勢(shì)（英國(guó)石油公司，２０１５）。逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｔｒｅｎｄｓ邋ｉｎ邋ｇｌｏｂａｌ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．逡逑國(guó)內(nèi)方面，周慶凡（周慶凡，２０１６）報(bào)導(dǎo)了中國(guó)能源產(chǎn)與消費(fèi)現(xiàn)狀，圖］－逡逑２是中國(guó)能源消費(fèi)發(fā)展趨勢(shì)圖，可以看出國(guó)內(nèi)一次能源的消費(fèi)逐漸增高，尤其是逡逑進(jìn)入２１世紀(jì)后，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)一次能源的消費(fèi)也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)逡逑１逡逑

包括風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮�、海洋能等分布比較廣泛并可通過逡逑一定手段高效利用的能源。畢研濤等人報(bào)導(dǎo)了全球可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀（畢研濤，逡逑２０１６），可再生能源在電力領(lǐng)域的應(yīng)用最具代表性，圖１－３是全球可再生能源發(fā)逡逑電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)圖，可以看出全球可再生能源近１０年（２００６？２０１５）累計(jì)的發(fā)電逡逑裝機(jī)容量１０．３７億ｋＷ增至１９．８５億ｋＷ，＇．平均每年增長(zhǎng)７．４９％。其中風(fēng)電和光伏逡逑發(fā)電裝機(jī)容量增幅最大，２０１５年分別比上年凈增６６３５萬ｋＷ和４７６６萬ｋＷ。逡逑２逡逑

１％５！％７！％＜＞丨９７１１９７３�。梗罚靛澹保梗罚罚。梗罚梗≌荆保必�(cái)：？�。梗福地梗福罚祝瑰澹保梗梗必梗梗�！妁５邋１９９７１９９９邋２00丨２０＜｝３邋２００５：２00７：！＿２｛）１�。玻埃保海保玻ǎ荆保靛义夏攴蒎义蠄D１－２中國(guó)能源消費(fèi)發(fā)展趨勢(shì)（周慶凡，２０１６）。逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｔｒｅｎｄｓ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎｅｓｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．逡逑一次能源的消費(fèi)對(duì)各國(guó)尤其是發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)具有顯著作用，但其使逡逑用過程中所產(chǎn)生的污染物排放會(huì)對(duì)地球環(huán)境造成嚴(yán)重污染，其中ｃｏ２是造成地逡逑球溫室效應(yīng)的主要因素，導(dǎo)致全球氣候變暖。據(jù)聯(lián)合國(guó)氣候變化專門委員會(huì)預(yù)測(cè)逡逑（Ｓｈａｆｉｑｕｒ．Ｒ，邋２００７），到下個(gè)世紀(jì)全球氣溫將升高５．８邋°Ｃ，最嚴(yán)重的后果是海平逡逑面將上升２５？１４５邋ｃｍ。由此人們對(duì)清潔無污染的可再生能源的需求更加迫切，越逡逑來越多的國(guó)家和人民意識(shí)到溫室氣體排放及環(huán)境污染問題帶來的嚴(yán)重后果。逡逑可再生能源是指可以通過循環(huán)再生的一種能源，其對(duì)環(huán)境無污染或污染極小，逡逑包括風(fēng)能、水能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮�、海洋能等分布比較廣泛并可通過逡逑一定手段高效利用的能源。畢研濤等人報(bào)導(dǎo)了全球可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀（畢研濤，逡逑２０１６）

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790853