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新能源领域:高效低成本Al-Si合金法提纯太阳级硅技术

文章来源: 发布时间: 2018-08-16

  所处阶段:小试 

  成果来源:应用技术研究所 

  必要性及需求分析: 

  作为世界最大的太阳电池片和组件生产国,中国市场对太阳级硅料的需求占到全球的70%。直到2015年,我国太阳级硅料约有半数仍然需要进口,仅2016年上半年累计进口多晶硅70942吨,国内的产量远远满足不了市场的需求。然而,中国一度缺乏主流的化学法硅材料生产的核心技术,重复建设的太阳级硅料厂水平低、能耗高、污染高、市场竞争力差。因此,需要开发一种投资少、低成本、高质量、大规模地生产高纯度太阳级硅提纯技术,才能在下一轮的太阳级硅料生产技术革新中占据有利位置。Al-Si合金法提纯硅料技术是目前非化学法提纯硅料技术研究的热点,有望成为未来太阳级硅主流制备工艺。 

  目标及主要任务: 

  本组新开发的Al-Si合金法提纯硅技术,可使硅中关键杂质BP的去除速率较原有的合金法提纯技术极大提高,生产成本大幅下降,原料来源广泛化,且产品的质量可以得到大幅提高,可直接将冶金级硅提纯至太阳级硅,产品经铸锭后可以直接用于制造高效多晶硅太阳电池。在制备过程中综合电耗低于25kWh/kg,且整个生产过程中使用的金属铝和盐酸会转变为副产品,不会浪费更不会生成有毒有害的废气废水废渣。 

  现有工作基础: 

  目前我们团队已经掌握提纯的关键技术,已经申请国家/省部基金5项,在国际一流期刊发表相关SCI论文十余篇,参与国内学术会议12人次,申请相关发明专利8项,具有自主知识产权,并且可以很快转移到工业生产中。 

  Al-Si合金法的除杂机理做了深入研究中,有突破性的进展,发现在Al-Si体系下,除了单纯的界面分凝除杂外,还存在其他的除杂机制,利用该机制可以大大提高硅中关键元素BP的去除效率,甚至突破Al-Si-BP)三元体系热力学平衡凝固理论的提纯效率极限。 

  对晶体生长动力学对除杂的影响做了深入研究,并根据该研究结果,设计研制了一套基于电磁场搅拌的晶体生长设备,在该设备上的实验结果表明,电磁搅拌可大大降低晶体生长动力学对除杂的影响,提高除杂效率。 

  对微合金化对铸锭的影响做了深入研究,根据该研究结果表明,在硅锭铸造过程中加入合适含量和种类的微合金化元素,有助于降低AlFe等金属杂质引起的少子寿命下降。 

  预期经济和社会效益: 

  经估算,一座利用Al-Si合金法年产量1000吨多晶硅的工厂需投资1-2亿人民币,合金法生产的硅料成本约5-7万元/吨,目前国际硅价格约为10-12万元/吨,仅需要23年,即可收回投资成本开始盈利。且由于Al-Si合金法耗能低、副产品多、污染小,可带动其他如铝合金铸造产业协同发展,具有可预见的经济社会效益。 

  实施方式/模式: 

  技术转移转化和技术入股,第一步寻求产业资本的合作,建立中试级的生产线,获得合格的产品,建立国内第一条产业化的示范线。第二步,通过资本的运作,建立产品的营销团队,实现产品的盈利。 

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