单晶硅实习报告范文

单晶硅实习报告范文第1篇

随着经济社会发展和居民生活水平提高,能源与环境问题日益严重,太阳能作为清洁能源,取之不尽,用之不竭,具有广阔的应用前景。在众多种类的太阳能电池中，晶硅太阳能电池应用最为成熟，技术研究也最为全面[1-3]。电极材料作为晶硅太阳能电池的关键技术之一，对提升电池效率非常重要。但是，目前关于晶硅太阳能电池的研究主要集中在正面电极及正银浆料上，对背面电极特别是背银浆料的研究和报道较少，对于背银电极的研究也主要关注焊接性能[4]，忽略其对串联电阻的影响。众所周知，浆料与硅基体及其他电极材料良好的匹配性是电池片获得高转换效率的前提[5-9]，背面电极同等重要。背银电极与背铝电极导通良好，才能得到串联电阻小、转换效率高的电池片。

对于传统工艺的产业化晶硅太阳电池，人们在研究串联电阻的组成[10,11]时，也没有详细对背表面电阻进行深入研究。我们通过对市场上现有成品晶硅太阳能电池片的背面电极进行观察发现，在电极内部背银电极与背铝电极重叠部位普遍存在裂隙，如图1。这一裂隙的存在可能导致背表面接触电阻的升高进而影响电池的总体效率。

根据这一发现对不同牌号背银浆进行对比，分析背银电极与背铝电极之间的接触性能的差异，通过更换背银浆料降低电池片串联电阻。 2实验部分

以背银浆料B(乐凯胶片股份有限公司生产的背银浆BSP0181)，与市售背银浆料A进行对比，制作多晶硅电池片。用于实验测试的晶体硅太阳能电池片都是采用工业上通用的刻蚀、PECVD镀减反射膜等工艺制成。制备背银浆所需原材料均从市售产品中选购,正银浆料与背铝浆料均为市场上销售的成熟产品。所需主要实验设备及仪器见表1

2.1背银浆的制备

以松油醇为溶剂,分别加入质量分数为5%的乙基纤维素，再各加入质量分数为1%的其他助剂,混合均匀。于120℃的油浴中加热直至完全溶解,保温2h后冷却,得到有机载体。将银粉、玻璃粉以及有机载体按照质量比为60:5:25称量后。在玛瑙研钵中充分混合并置于三辊机上研磨,为了得到均一的混合效果,要在研磨机上反复几次，直到刮板细度计测得细度为小于15μm时出料,即得到太阳电池背面电极用银浆。

2.2浆料印刷、烧结及测试

将A、B两种浆料分别采用工业标准的印刷机和丝网印刷而成，丝网参数为280目,丝径30μm,张网角度22.5°，张力28N。使用工业用链式烧结炉在标准电池烧结条件下进行烧结，设定峰值烧结温度为920℃。

2.3分析与测试

两种浆料所得的电性能数据由标准工业采用的电池片分选机测得;通过扫描电镜对电池片背银电极与铝电极接触情况进行观察，使用能谱仪对接触部位进行元素分析。3结果与讨论

3.1微观分析

将电极表面的铝膜刮除，使用扫描电镜观察背银电极与背铝电极的搭接处的熔融金属层存在的裂隙，用能谱仪分析裂隙底部区域。通过扫描电镜图(见图2所示)，a-1,a-2(背银浆A)与b-1,b-2(背银浆B)对比我们可以看出，在背银浆A制作的背银电极和背铝电极搭接处存在明显的断裂，局部放大后见图2(a-2)所示，可以发现裂隙宽度达到20~50μm，对此裂隙底部区域进行能谱分析如图3，证实裂隙底部暴露的为含铝的硅基底(铝掺杂的硅基体，与铝背场能谱结果相同)裸露出来。图2(b-1,b-2)中的裂隙发生较少，且呈不连续状态，熔融层保持连接状态。

产生这一现象的根本原因是金属及合金的线性热膨胀系数远大于硅的线性热膨胀系数。铝的线性热膨胀系数为23.610-6/K，银的线性热膨胀系数为19.510-6/K，硅铝合金的线性热膨胀系数接近铝(硅铝合金层的线性热膨胀系数随硅含量的增加或硅相体积分数的增加呈线性下降趋势[12])，硅的线性热膨胀系数为2.810-6/K。在烧结后冷却过程中，由于凝固点的差异，银先于铝和硅-铝合金凝固，在之后铝和硅-铝合金熔融体凝固过程中，铝膜和硅-铝合金层因凝结和冷却收缩，将银-铝结合部拉破，形成裂隙。

使用背银浆B可以有效的防止这种现象的产生，裂隙产生的数量(概率)均明显少于浆料A。

3.2电性能数据

A、B两种浆料在标准太阳能电池片生产线上大量使用，所用正银浆料、铝浆及硅片均为同一品牌同一批次，对印刷烧结生产的电池片进行电性能分析，对所得数据取平均值结果如表2所示。

由上表可以看出浆料B生产所得的电池片的串联电阻Rs要明显低于浆料A，转换效率及填充因子要高于浆料A。对上述电池片的单片测试数据随机取500片进行分析，如图4所示。

对随机取样的数据进行分析也可以看出，在开路电压相当的情况下，由于浆料B的串联电阻Rs较小，Eta及填充因子FF均优于浆料A。对产生这一结果的原因进行分析如下：理想情况下，电子注入铝背场和硅基体之前，应依次经过背银电极背银电极和铝电极搭接部位(铝膜和合金层或共晶层的叠层结构)铝电极或铝硅合金层等导体，两种电极搭接部位的铝膜与合金层(或共晶层)在电路中是并联关系。如图5(a)。如果在电极体出现裂隙或局部断裂，会引起背面电极电阻上升，进而使电池片串联电阻增大，影响电池片的转化效率Eta。如图5(b)。

为了证实正常情况下背电极与背电场间电子运输的通道确实如图5(a)所示，我们对电池片的铝电极表面电阻与刮除铝膜后(保留硅铝合金层)的表面电阻进行测量比较，得到的结果为：电池片铝膜表面的电阻在20~30mΩ/□之间，刮除铝膜后表面电阻为45~53mΩ/□，说明铝膜和合金层两者电阻基本相当。可以证实图5(a)所示的两条导电通路均为正常情况下的电子传输途径，电极体中裂隙的存在会使电子传输受阻，增大电池片串联电阻。4结论

单晶硅实习报告范文第2篇

中科院大连化学物理研究所刘生忠研究员团队与陕西师范大学合作, 日前利用升温析晶法, 制备出尺寸超过2英寸单晶钙钛矿CH3NH3Pb I3晶体, 从而完成了对多晶钙钛矿基器件的新变革。这是世界上首个尺寸超过0.5英寸的超大钙钛矿单晶, 有望推动光电器件的新一轮革命。

大化所刘生忠研究团队通过研发大尺寸钙钛矿单晶生长方法, 成功制备出超大尺寸单晶钙钛矿晶体。与薄膜样品相比, 钙钛矿晶体材料具有非常高的结晶质量、更好的光吸收范围和更高的热稳定性, 可以预期采用单晶制作的钙钛矿太阳能电池可以获得更好的光电转换效率。同时, 由于晶体的完整性和较少的缺陷, 单晶器件也具有更佳的稳定性。

据了解, 具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料在光伏材料、激光材料和发光材料等方面展现出极大的应用价值, 并成为国际上极为重要的研究热点材料之一。目前, 经过美国国家能源部可再生能源实验室 (NREL) 认证的钙钛矿太阳电池光电转换效率已经达到20.1%, 已接近单晶硅太阳能电池的效率。单晶材料是现代半导体工业、电子工业和光电工业的基础, 具有优良性能的钙钛矿单晶材料有可能实现对多晶钙钛矿基器件的革新, 推动光电器件的新一轮革命。

单晶硅实习报告范文第3篇

随着经济社会发展和居民生活水平提高,能源与环境问题日益严重,太阳能作为清洁能源,取之不尽,用之不竭,具有广阔的应用前景。在众多种类的太阳能电池中，晶硅太阳能电池应用最为成熟，技术研究也最为全面[1-3]。电极材料作为晶硅太阳能电池的关键技术之一，对提升电池效率非常重要。但是，目前关于晶硅太阳能电池的研究主要集中在正面电极及正银浆料上，对背面电极特别是背银浆料的研究和报道较少，对于背银电极的研究也主要关注焊接性能[4]，忽略其对串联电阻的影响。众所周知，浆料与硅基体及其他电极材料良好的匹配性是电池片获得高转换效率的前提[5-9]，背面电极同等重要。背银电极与背铝电极导通良好，才能得到串联电阻小、转换效率高的电池片。

对于传统工艺的产业化晶硅太阳电池，人们在研究串联电阻的组成[10,11]时，也没有详细对背表面电阻进行深入研究。我们通过对市场上现有成品晶硅太阳能电池片的背面电极进行观察发现，在电极内部背银电极与背铝电极重叠部位普遍存在裂隙，如图1。这一裂隙的存在可能导致背表面接触电阻的升高进而影响电池的总体效率。

根据这一发现对不同牌号背银浆进行对比，分析背银电极与背铝电极之间的接触性能的差异，通过更换背银浆料降低电池片串联电阻。 2实验部分

以背银浆料B(乐凯胶片股份有限公司生产的背银浆BSP0181)，与市售背银浆料A进行对比，制作多晶硅电池片。用于实验测试的晶体硅太阳能电池片都是采用工业上通用的刻蚀、PECVD镀减反射膜等工艺制成。制备背银浆所需原材料均从市售产品中选购,正银浆料与背铝浆料均为市场上销售的成熟产品。所需主要实验设备及仪器见表1

2.1背银浆的制备

以松油醇为溶剂,分别加入质量分数为5%的乙基纤维素，再各加入质量分数为1%的其他助剂,混合均匀。于120℃的油浴中加热直至完全溶解,保温2h后冷却,得到有机载体。将银粉、玻璃粉以及有机载体按照质量比为60:5:25称量后。在玛瑙研钵中充分混合并置于三辊机上研磨,为了得到均一的混合效果,要在研磨机上反复几次，直到刮板细度计测得细度为小于15μm时出料,即得到太阳电池背面电极用银浆。

2.2浆料印刷、烧结及测试

将A、B两种浆料分别采用工业标准的印刷机和丝网印刷而成，丝网参数为280目,丝径30μm,张网角度22.5°，张力28N。使用工业用链式烧结炉在标准电池烧结条件下进行烧结，设定峰值烧结温度为920℃。

2.3分析与测试

两种浆料所得的电性能数据由标准工业采用的电池片分选机测得;通过扫描电镜对电池片背银电极与铝电极接触情况进行观察，使用能谱仪对接触部位进行元素分析。3结果与讨论

3.1微观分析

将电极表面的铝膜刮除，使用扫描电镜观察背银电极与背铝电极的搭接处的熔融金属层存在的裂隙，用能谱仪分析裂隙底部区域。通过扫描电镜图(见图2所示)，a-1,a-2(背银浆A)与b-1,b-2(背银浆B)对比我们可以看出，在背银浆A制作的背银电极和背铝电极搭接处存在明显的断裂，局部放大后见图2(a-2)所示，可以发现裂隙宽度达到20~50μm，对此裂隙底部区域进行能谱分析如图3，证实裂隙底部暴露的为含铝的硅基底(铝掺杂的硅基体，与铝背场能谱结果相同)裸露出来。图2(b-1,b-2)中的裂隙发生较少，且呈不连续状态，熔融层保持连接状态。

产生这一现象的根本原因是金属及合金的线性热膨胀系数远大于硅的线性热膨胀系数。铝的线性热膨胀系数为23.610-6/K，银的线性热膨胀系数为19.510-6/K，硅铝合金的线性热膨胀系数接近铝(硅铝合金层的线性热膨胀系数随硅含量的增加或硅相体积分数的增加呈线性下降趋势[12])，硅的线性热膨胀系数为2.810-6/K。在烧结后冷却过程中，由于凝固点的差异，银先于铝和硅-铝合金凝固，在之后铝和硅-铝合金熔融体凝固过程中，铝膜和硅-铝合金层因凝结和冷却收缩，将银-铝结合部拉破，形成裂隙。

使用背银浆B可以有效的防止这种现象的产生，裂隙产生的数量(概率)均明显少于浆料A。

3.2电性能数据

A、B两种浆料在标准太阳能电池片生产线上大量使用，所用正银浆料、铝浆及硅片均为同一品牌同一批次，对印刷烧结生产的电池片进行电性能分析，对所得数据取平均值结果如表2所示。

由上表可以看出浆料B生产所得的电池片的串联电阻Rs要明显低于浆料A，转换效率及填充因子要高于浆料A。对上述电池片的单片测试数据随机取500片进行分析，如图4所示。

对随机取样的数据进行分析也可以看出，在开路电压相当的情况下，由于浆料B的串联电阻Rs较小，Eta及填充因子FF均优于浆料A。对产生这一结果的原因进行分析如下：理想情况下，电子注入铝背场和硅基体之前，应依次经过背银电极背银电极和铝电极搭接部位(铝膜和合金层或共晶层的叠层结构)铝电极或铝硅合金层等导体，两种电极搭接部位的铝膜与合金层(或共晶层)在电路中是并联关系。如图5(a)。如果在电极体出现裂隙或局部断裂，会引起背面电极电阻上升，进而使电池片串联电阻增大，影响电池片的转化效率Eta。如图5(b)。

为了证实正常情况下背电极与背电场间电子运输的通道确实如图5(a)所示，我们对电池片的铝电极表面电阻与刮除铝膜后(保留硅铝合金层)的表面电阻进行测量比较，得到的结果为：电池片铝膜表面的电阻在20~30mΩ/□之间，刮除铝膜后表面电阻为45~53mΩ/□，说明铝膜和合金层两者电阻基本相当。可以证实图5(a)所示的两条导电通路均为正常情况下的电子传输途径，电极体中裂隙的存在会使电子传输受阻，增大电池片串联电阻。4结论

单晶硅实习报告范文第4篇

截止2015年底全国超过万吨级的多晶硅厂家有六家, 分别是江苏中能 (6.8 万吨/年) 、新疆特变 (2.2 万吨/年) 、洛阳中硅 (1.5 万吨/年) 、四川永祥 (1.5 万吨/年) 、大全新能源 (1.2 万吨/年) 、亚洲硅业 (1.2万吨) 这六家占据国内总产能的75.8%, 其中仅中能就占据42.6%。

当前多晶硅的价格 (太阳能级) [1]平均价格约为12.4 万元/吨, 同比下降22.6%。从2015 年的年初到年底, 价格下跌幅度超过25%, 随着多晶硅产量的增加, 2016 年多晶硅价格会进一步降低, 可能会低于2008年“双反”政策时的历史低点。

2 多晶硅的生产工艺简介

目前大多数国内企业采用的是改良西门子法[2]进行多晶硅生产;工艺流程为:石英砂与氯化氢反应生成Sicl3, 经过精馏提纯[3], 进入还原车间, 高纯的Sicl3与H2在还原炉内1100℃下进行气象沉淀反应, 生成的多晶硅沉淀在硅芯上, 尾气经过CDI[4]分离出H2, Sicl3与副产物进入精馏系统, 再次被提纯送入还原车间。

还原车间耗能最多, 四川某公司的工艺条件:Sicl3 (纯度99%以上) 和H2 (纯度99.8%以上) 蒸汽加热, 温度为1100℃, 压力为0.55MPa, 在还原炉内发生气相沉淀, 在整个加热过程中始终保持H2和Sicl3的物质量之比约为3.0不断通入反应炉内。尾气温度约为350℃经循环水冷却后进入CDI系统进行分离处理, 最终等硅棒上的电流控制在约2000A左右, 反应时间80小时结束, 一炉硅棒质量约2000公斤。

3 改工艺的原因

3.1液态的Sicl3和H2混合后要经过换热器被0.6MPa的蒸汽加热, 进入利用还原炉反应。

3.2 经过蒸汽加热的Sicl3和H2混合物进入到硅芯表面, 由于温度不高会使气相反应速率减慢。

3.3 尾气温度为400℃左右, 需要被循环水冷却后送到CDI进行处理。

4 改进的方法

将尾气的热量通过换热器传递给Sicl3和H2混合物, 使尾气的温度从400℃降到260℃左右。

5 改进前后的对比

5.1从电流曲线和温度曲线可以看出改进前电流和温度出现波动的频率较高。

5.2 改进前硅棒质量为1800 公斤左右, 改进后质量为2200公斤。

5.3 改进前一炉的耗电量180000 度, 改进后耗电量为170000度。

5.4改进前蒸汽使用量为8-9吨, 改进后的用量约3吨。

5.5 改进后对于硅棒顶部“爆米花”的数量减少, 硅棒整体更匀称。

5.6尾气温度更低后, 在CDI进行冷却所耗得冷却水和时间更少。

5.7改进前反应时间为80小时, 改进后反应时间为76小时左右。

5.8 改进后出现非正常停炉的几率明显减小 (如前期硅芯熔断, 后期硅棒碎裂, 倒棒停炉) 。

笔者认为产生这些改变的原因是改进前Sicl3和H2的温度较低造成进入反应炉内温度瞬时变低, 影响反应的沉淀速率。特别是后期这种影响特别明显, 为了保证温度电流只有不断增大, 在硅棒的顶端, 电阻较大, 电流骤然增大, 必然引起局部温度过高从而“爆米花”状增多。在后期Sicl3 和H2 的量较大, 气流冲刷到硅棒表面带走大量的热量, 使硅棒表面冷热交替频繁容易发生碎裂倒棒[5]。在前期硅芯与石墨卡座接触的地方电阻最大, 为保证温度正常, 电流升高, 硅芯熔断。但在改进后进气的温度得到升高, 改进前的影响就减小了。

6 结语

通过尾气的热量利用, 多晶硅生产多方面得到了改善产。当前的多晶硅生产形势并不乐观, 竞争异常激烈, 很多公司的开工率达不到70%。因此, 节能降耗成为公司竞争制胜法宝, 许多公司直接用了李比希管, 氢气和液态Sicl3经过气态混合器减压混合, 经过李比希管被尾气加热, 这样不用蒸汽加热更节能。从当前社会对能源的需求看, 太阳能的利用仍然是今后发展的趋势。因此“节能降耗”, 对整个系统热量的利用就显得尤为重要。

摘要：多晶硅的生产是耗能极大, 成本高;做到节能降耗非常关键。利用系统内的热量, 节约成本, 对成本控制有很大的作用, 在多晶硅生产中大多数热量在还原车间释放, 尾气热量就是其中一种。

关键词：尾气,热量,能耗

参考文献

[1] 吕东.冶金法制备太阳能级多晶硅新工艺原理及研究进《材料导报》2009年第23卷第5期, 30-33页.

[2] 杨涛.改良西门子法的工艺设计探讨.贵州化工, 2009年第34卷第3期.

[3] 盖旭东.反应精馏分离[J];北京石油化工学院学报, 1995年02期.

[4] 谷文军, 孟祥考, 吴军祥.三氯氢硅合成尾气处理工艺, 2009年10月第45期第10期.

单晶硅实习报告范文第5篇

1 多晶硅生产三种技术方法

(1) 改良西门子法在西门子法工艺的基础上, 通过增加还原尾气干法回收系统、四氯化硅氢化工艺, 实现了闭路循环, 于是形成了改良西门子法――闭环式三氯氢硅氢还原法。该法包括五个主要环节:三氯氢硅合成、三氯氢硅精馏提纯、三氯氢硅的氢还原、尾气的回收和四氯化硅的氢化分离。

(2) 硅烷流化床法流化床法是美国联合碳化合物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。该方法以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料, 在高温高压流化床内 (沸腾床) 生成三氯氢硅, 将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅, 继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应, 生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大, 所以该方法生产效率高、电耗低、成本低。但该方法对工艺和设备的安全性要求很高, 对关键设备的材料也有较高要求, 否则会严重影响产品纯度, 该方法比较适合大规模生产廉价太阳能级多晶硅。

(3) 气液沉积技术最初的时候, 由日本开发和掌握着气液沉积法, 在管式反应器中, 在1500℃的高温作用下将液体硅从气体中直接生成出来, 因为其有着较高的反应温度, 和现有的改良西门子法进行比较, 有着较快的沉积速率。

主要流程是通过硅藻土, 通过氯气和二氧化硅反应, 将四氯化硅生产出来, 在分离提取了四氯化硅之后, 有多晶硅液滴在气液沉积反应器中被生成出来。工业硅不再是该流程的起始原料, 其原料为二氧化硅, 以流程的角度入手, 将二氧化硅冶炼为工业硅粉这一步能够有效的省去, 这样就能够大大的缩减整个多晶硅工艺流程, 四氯化硅的提纯效果会更加的优越, 有着极高的纯度在其中。这样不但能够将多晶硅的生产成本有效的降低下来, 还能够将更高纯度的多晶硅生产出来, 因此, 在未来的生产中, 进一步的开发和整合此项技术是非常必要的, 其关键是气液沉积技术和四氯化硅技术的研发。

以上三种多晶硅制备方法中, 改良西门子法和硅烷法制备多晶硅占市场总量的99%, 汽液沉积法等其他工艺方法仅占市场的1%, 未形成规模化生产, 绝大部分处于试验状态。

2 改良西门子法与硅烷流化床法比较

(1) 工艺技术方案比较改良西门子法生产块状多晶硅具有以下优势:由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉, 可有效降低还原炉消耗的电能;改良西门子法对还原尾气进行了有效的回收, 降低物耗;由于改良西门子法是一个闭路循环系统, 多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用, 排出的废料极少, 相对传统西门子法而言, 污染得到了控制, 保护了环境。

硅烷流化床法生产的粒状多晶硅具有以下优势:生产速度快、效率高、成本低;生产过程节能, 耗电量小;可连续、无间断生产;闭路循环生产、三废排放少;产品方案可根据市场情况调整, 其中间产品三氯氢硅和硅烷可作为产品外售。

(2) 产品在下游光伏产线的应用在多晶硅下游晶体生长工序, 若全部使用块状硅可以保障晶体的质量, 为后续电池片的转化效率提供很好的基础, 但由于装料量少、二次加料不方便等存在潜在风险因素, 对生产效率、产能和成本有较大影响。

若全部使用粒状硅, 虽然在装料时间方面可以提高生产效率, 但是由于粒状硅相比块状硅体积小、质量轻在拉晶的抽真空环节导致粒状料飞溅, 可能造成生产不安全和工艺不稳定性。目前市场上粒状多晶硅纯度较低、杂质含量高, 全部使用粒状硅则产品质量无法保证。

因此在光伏下游拉晶装料工序中, 为了尽可能提高投料量、提高生产效率、降低生产成本, 会在块状棒料中掺入粒状多晶硅来弥补块状硅料之间的缝隙, 装料达到最大化, 能够极大节约成本。通过坩埚装载测试表明与100%全部使用西门子大块料相比, 使用50%的西门子大块和50%的粒状多晶硅混合料, 可以将初始坩埚装料重量增加29.3%, 同时将装载时间缩减41%, 效益显著。

3 结语

综上所述, 随着我国工业发展水平的提升, 对于多晶硅材料的需求量也在不断增多, 但是因其生产工艺的复杂性, 单纯的依据传统的技术方式是很难完成生产工作的, 因此文章通过对改良西门子法、硅烷流化床技术和气液沉积技术三种重要的技术方式进行了分析与论断, 改良西门子法和硅烷流化床法制备的多晶硅在工艺技术上并驾齐驱、各有千秋, 在下游光伏产线使用上相互依存, 所以在短时间内这两种多晶硅制备工艺不可替代, 将共同发展。

摘要：在单质晶体硅中, 多晶硅是其中一种重要的形态。因为其半导体性, 在微电子行业和光伏行业中得到了广泛的应用, 随着光伏产业的迅猛发展, 太阳能电池对多晶硅的需求量迅速增长, 因此世界各国都竞相开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅新制备技术与工艺, 并趋向于把制备低纯度的太阳能级多晶硅工艺与制备高纯度的电子级多晶硅工艺区别开来, 以进一步降低成本。

关键词：多晶硅,生产技术,发展方向

参考文献

[1] 顾小云, 王正凯, 祝洪良等.硅化镁法生产硅烷的副产物六氨氯化镁[J].浙江理工大学学报, 2009, (08) .

[2] 黄国强, 石秋玲, 王红星.多晶硅生产中三氯氢硅精馏节能工艺[J].化工进展, 2011, (04) .

单晶硅实习报告范文第6篇

早期的多晶硅生产发展迅速且盲目低水平投资, 带来了一系列的环境问题, 多晶硅产业因此被冠以“高污染、高能耗”的称号。在国际金融危机、欧债危机以及美国、欧盟双反等多重因素影响下, 多晶硅生产企业经历了停产、破产、重组, 企业家们渐渐意识到“拥硅为王”的时代一去不复返, 转为“成本为王”。于是, 各生产企业加大了研发创新力度, 在原西门子法生产多晶硅的基础上开发了氢化技术, 实现多晶硅生产中副产物四氯化硅、氯化氢的回收再利用, 此种技术即为目前多晶硅生产主流技术改良西门子法生产多晶硅。实现副产物的回收再利用后, 多晶硅生产还是“高污染”行业吗?下面将重点分析改良西门子法生产多晶硅对环境影响的可能性及其环境管理。

1 多晶硅生产环境影响

改良西门子法生产多晶硅是一典型的化工生产过程, 其生产所用原辅材料大多数具有易燃、易爆、有毒、有害等性质, 生产过程存在多处高温、高压反应, 核心生产装置存在多处发生安全和环境事故的隐患, 具有对环境产生影响及损害的可能。

1.1 物质危险性

多晶硅生产过程中的主要原料有氢气、三氯氢硅, 中间产品四氯化硅、二氯二氢硅、氯气、氯化氢, 硅芯腐蚀剂氢氟酸、硝酸, “三废”处理氢氧化钠、硫酸等, 这些物质主要分布在多晶硅生产各工序及罐区。

氢气属易燃、易爆气体, 无毒;三氯氢硅蒸汽和液体都能对眼角膜、嘴、鼻表皮及呼吸道产生刺激, 引起喘息甚至肺水肿, 在高浓度时会产生痉挛至死亡, 具有强腐蚀性, 流到皮肤上会引起不可痊愈的溃疡, 遇明火发生燃烧、爆炸;四氯化硅不燃, 在有水的环境下具有强腐蚀性;氯气属剧毒化学品, 能引起人体中毒;无水HCl气体无腐蚀性, 但遇水时生成盐酸或在潮湿空气中生成盐酸雾有腐蚀性, 对呼吸道有刺激作用;氢氟酸具有极强的腐蚀性, 能强烈地腐蚀金属、玻璃和含硅的物体, 吸入其蒸气或皮肤接触会造成灼伤;氢氧化钠、硝酸、硫酸不具有毒性, 是强腐蚀性化学品;

1.2 工艺系统及生产过程危险性

通过对改良西门子法多晶硅生产工艺流程及主要生产核心设备、装置的分析[1], 可能对环境产生以下影响:

电解水制氢工序。本工序危险物质是氢气, 通过电解纯水制氢。电解过程中可能意外产生火花, 发生燃爆;氢气输送管道、冷却和分离装置由于构件、操作或检修等问题, 引起氢气泄露, 在一定程度上使得周围环境空气有一定燃爆可能。

三氯氢硅合成工序。本工序涉及氯化氢气体、三氯氢硅合成气等危险物质。可能存在的安全隐患主要有氯化氢气体输送管道、三氯氢硅合成炉及其与之连接的管路、控制阀、三氯氢硅储罐等。氯化氢气体输送管道由于自身原因或检修失误、误操作等引起阀门、管道发生爆裂, 导致氯化氢气体外溢;三氯氢硅合成炉及其与之连接的三氯氢硅输出管路、控制阀等发生泄漏事故, 外溢一定量的三氯氢硅, 三氯氢硅遇水快速与水反应, 伴随反应生成的氢气也会发生泄漏、燃爆的可能;三氯氢硅储罐在管理、操作过程中可能发生罐体泄漏, 以上泄漏事故会对环境空气和地表水体产生影响。

氯硅烷分离提纯工序。本工序涉及三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅等危险物质, 可能存在的安全隐患在精馏塔及其与之连接的管线、阀门等。精馏塔及其与之连接的管线、阀门发生渗漏、开裂、断裂、爆裂等事故, 引起三氯氢硅精馏液、四氯化硅溢出, 对环境空气产生一定影响, 同时也会产生救援所采用的吸附剂和灭火剂, 处理不当也会对环境产生影响。

三氯氢硅氢还原工序。本工序涉及氢气、三氯氢硅、还原气等危险物质。可能存在的安全隐患在还原炉及其与之连接的各种管线。氢气、还原炉的泄露均可能发生燃爆事故, 对装置和环境产生影响。

四氯化硅氢化工序。本工序涉及氢气、四氯化硅、氢化气等危险物质。四氯化硅气体泄露、氢化炉泄漏, 引起三氯氢硅、氯化氢及未反应的四氯化硅和氢气进入环境空气, 产生影响。

尾气干法分离工序。本工序涉及氢气、三氯氢硅、四氯化硅、还原气或合成气或氢化气等危险物质。可能存在的安全隐患是洗涤塔或进气管线、控制阀门等设备发生泄漏, 引起三氯氢硅、氢气和氯化氢气体泄露, 发生火灾爆炸事故。

硅芯制备工序。本工序使用氢氟酸、硝酸等进行酸蚀处理, 生产中有少量氟化氢和氮氧化物气体产生, 对环境产生突发危害;

产品整理工序。本工序主要对产品多晶硅棒进行切割、破碎, 然后用氢氟酸、硝酸进行酸蚀, 酸蚀过程中会产生氟化氢气体和氮氧化合物等有毒有害气体, 利用集气罩将有害气体收集起来集中处理, 可能对环境产生一定影响。

1.3 罐区危险性

罐区主要包括三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢缓冲罐、氢气储罐等, 罐区可能由于损坏、腐蚀等原因引起危险性物质泄漏, 影响环境空气, 对人员健康产生影响。

1.4 电气设备危险性[2]

电气设备危险主要指由于设备自身故障引起的触电、漏电、短路等事故。其危险性主要涉及供配电、电气设备和电气防护装置等, 具有突然性大、危险性大等特点。

2 多晶硅生产环境管理

改良西门子法多晶硅生产实现了闭环生产, H2、Si HCl3、Si Cl4和HC1得到循环利用, 生产核心设备及装置存在环境影响的可能, 实际生产中怎样做好环境管理, 将环境影响的可能性变为零生产事故呢, 这是生产企业需要重点考虑的内容。

2.1 多晶硅生产环境管理存在的问题

根据实地调研及所搜集的有关资料[3~4]来看, 多晶硅生产环境管理存在以下问题:我国早期的多晶硅生产技术主要靠引进与自主研发结合, 关键核心技术未能完全掌握, 工艺未能完全实现闭环生产, 大量的副产物四氯化硅、氯化氢未能完全实现回收再利用, 导致副产物四氯化硅、氯化氢出现倾到现象, 对环境造成影响。随着多晶硅行业日渐成熟, 工艺完全实现闭环生产, 技术不断更新完善, 副产物四氯化硅、氯化氢得到有效回收利用, 多晶硅生产环境影响集中体现在突发事件引起的有毒有害物质泄漏及无组织排放, 环境管理存在轻视对设备的及时更换及对操作人员的再培训、监测报警系统和信息指挥系统建设滞后、应急管理体制机制不够健全等[5]。

2.2 多晶硅生产环境管理

在现有多晶硅生产工艺、技术成熟的情况下, 针对目前我国多晶硅生产企业环境管理方面存在的薄弱环节, 强化环境管理的重点环节。

2.2.1 加强对操作人员的管理与再培训, 增强责任感

通过对国内多晶硅生产企业生产事故的统计与梳理, 发现多晶硅生产企业出现的事故大多是人为因素造成。为减少事故发生频率, 将环境影响降低至最低, 对新入职员工实行“三级安全教育”, 特殊工种人员全面接受安全教育培训, 相关人员经专业部门培训合格, 取得操作证后持证上岗;对老员工因工作需要调离本岗位或工艺技术更新等进行再培训。此外, 管理者能否正确对待环境管理, 采取适当的管理措施, 能否严格按照安全规章作业直接影响事故的发生频率。环境管理的成效很大程度决定于管理者的重视程度[6]。

为增强环境管理责任感[7], 各岗位实行安全环境管理责任制, 落实安全环境工作领导抓、抓领导、抓岗位操作人员。经常性开展安全活动, 总结、评估安全生产情况及危险性隐患, 同时实行员工互助制度, 定期有计划地开展安全训练、事故应急演习等。发生事故时, 严肃处理事故责任人, 以此对员工进行教育。

2.2.2 加大力度排查危险隐患, 提高综合预警能力

改良西门子法多晶硅生产流程复杂, 工序多, 应根据生产实际情况及生产运行时间排查工艺及设备内外环境危险隐患, 落实各工序及设备监控的责任主体, 建立分级、分类管理制度, 实行动态管理和监控[8]。建立公司动静密封点、生产装置密封点、漏点治理等统计台账。在公司内部营造安全生产环境氛围, 对各工序内涉及的危险源、操作规程及管理标准、措施进行编辑后置于员工易看到的地方, 真正将环境管理运用到生产中, 运用到员工的实际工作中。定期对危险源进行安全环境评价, 按照使用时间长短、腐蚀程度和危害性对储罐、工艺系统及设备分别进行评估, 制定出检修控制计划、应急预案, 预防突发事件, 确保生产安全、环保。

3 结语

改良西门子法多晶硅生产已完全实现闭环生产, 工艺技术成熟, 生产过程虽然涉及多种有毒有害、易燃易爆物质, 工艺系统及设备存在环境影响危险性, 但其是可控的, 只要把环境管理纳入日常生产管理中, 是能从根本上杜绝影响安全和环境事故的发生, 从而使多晶硅产业可持续地发展。

摘要：详尽分析了多晶硅生产过程中发生环境影响的可能性:物质危险性、工艺系统及生产过程危险性、罐区危险性、灼伤与腐蚀危险性等, 针对现有多晶硅生产企业环境管理存在的问题提出了应对措施, 如加强对操作人员的管理与再培训、提高综合预警能力等。

关键词：多晶硅生产,环境影响,环境管理,三氯氢硅,四氯化硅

参考文献

[1] 刘秀琼, 唐正林.《多晶硅生产技术》项目化教程[M].北京:化学工业出版社, 2013:5~7.

[2] 邸海荣.浅谈多晶硅生产中的安全问题[J].企业文化.2013 (07) :15~16.

[3] 赵秋月, 周学双等.多晶硅产业存在的环保问题及对策建议[J].环境污染与防治.2010 (06) :101~107.

[4] 朱玉玲.多晶硅产业发展与环境保护问题探析[J].理论界.2010 (11) :84~86.

[5] 周德红.化学工业园区安全规划与风险管理研究[D].武汉:中国地质大学工程学院, 2010.

[6] 李民.浅析风险管理[J].中国职业安全卫生管理体系认证.2003 (02) :28~30.

[7] 吕继佳.宁波港化工码头区域环境风险评价及管理[D].大连:大连海事大学工程学院, 2006.