Силиконовата за слънчеви клетки
Най изглед в перспектива на превръщане на слънчевата енергия в електрическа енергия са фотоволтаична централа с силиконова основа елементи, чиято ефективност достига 15%. Въпреки това, тези станции ще бъдат жизнеспособни, само ако за създаване на технологии и материали, за да се намалят разходите за енергия в 2 # 8209; 3 пъти. Основната пречка по този път сега е най-високата цена на силиций.
Размерът на поликристален силиций (PAC) слънчева степен определя от търсенето на световния пазар за AUC електронен качество. Разпоредби доставят слънчева клас PAC в момента е изчерпан.
производството на полупроводникови силиций В свят в момента е на водеща позиция, заета от САЩ, Германия и Япония. Има два основни начина за получаване на висока степен на чистота (полупроводникови) силициев # 8201; - използва трихлоросилан и силан.
При получаването на силиций от трихлоросилан в реакциите като странични продукти се образуват от силициев тетрахлорид и хлороводород, което води до намаляване на добива на силиций, силициев в проникването на вредни примеси, получени от корозията на стените на реакционната камера и други части на растението, както и екологични проблеми. Поради това е трудно да се получи трихлоросилан от силициев ултра висока чистота.
Използвайки същия monosilanovoy технология има няколко предимства:
- термично разлагане на monosilane настъпва при относително ниска температура (около 850 ° С, вместо от 1100 ° С за трихлоросилан) и с по-нисък разход на енергия;
- реакционните продукти не са агресивни химични агенти (хлороводород, силикони, и т.н.), които намаляват чистотата на силиций;
- пречистване на monosilane от най-вредните примеси, при равни други условия е по-ефективно от # 8209; за значителна разлика в физични и химични свойства и други силанови съединения;
- заедно с силиций търговска марка продукт е самата смес от monosilane и необходими за производството на тънък филм технология на полупроводникови продукти, включително за производство на слънчеви клетки от аморфен силиций.
Въпреки това, тази технология има и своите недостатъци. По този начин, за пречистване на monosilane дестилация при ниска температура изисква охлаждане с течен азот и хелий, което значително увеличава цената на силиций. Освен това, известни методи за получаване на monosilane сравнение с трихлоросилан доста сложно, което води до високи разходи на високо monosilane чистота в производството на полупроводници.
Поради тази причина, monosilane се използва само в ограничена степен за получаване на поликристален силиций на особено висока степен на чистота, която е преработката, извършена в единичен кристал силиций от топенето на поплавъка зона.
За да се намали цената на monosilane произведени в света на силиций с висока чистота е извършил усиленото търсене на нови и ефективни начини, за да го получат. Чрез понастоящем известни методи са:
- ацидолиза магнезиев силицид използва Komatsu компания (Япония);
- каталитично диспропорциониране на трихлоросилан използва от Union Carbide (САЩ);
- каталитично диспропорциониране ethoxysilanes разработени в Япония и СССР.
Въпреки това, всички тези методи изискват голяма консумация на суровини, енергия, вредни за околната среда и не се предоставят на Съвета по общи въпроси намаляване на производството.
Така например, на базата на Красноярск минното дело и химически завод работи за създаването на производството на силиций за производството на електроника в размер от 120 т / год, с последващо растеж благоприятен за икономическия обем на производството на повече от 1000 тона / годишно. Процесът се планира да използва известен със своята екологичен метод опасност силициев пречистване чрез получаване на хлорни съединения, развитието на които Русия изостава неговите конкуренти. В допълнение, тази технология не е драстично намалява консумацията на енергия и силиций цена.
В същото време и в чужбина, както и други търсения силициеви провели интензивни методи на пречистване в Русия. Един от най-перспективните в момента е оскисилан метод. Той е екологично чист без хлор оскисилан технология за производство на активен въглен на прах, които или могат да бъдат използвани за слънчеви клетки или за полупроводникови електроника.
В първия етап в присъствието на меден катализатор и при температура от около 300 ° С има директно взаимодействие на силициев метал (96 # 8209; 98% силициев диоксид) с безводен етанол за получаване на три-етоксилана. Във втория етап, диспропорциониране на триетоксисилан като се използва като разтвор катализатор натриев етилат в тетраетоксисилан.
След това полученото хидролизира тетраетоксисилан C получаване на изхода на абсолютен алкохол, който метод се връща в първата стъпка, и етил силикат (силициево-диоксиден зол с концентрация SiO2 от 30%) като страничен продукт се отстранява от реактора.
Проблеми с безопасната експлоатация на силана успешно решени с ПКК и производството на силан на една производствена линия. Друг гаранция за сигурност е, че всички стъпки, свързани с пречистването на силан проведени при стайна температура или по-ниска.
Освен PAC изходни продукти са: monosilane газови смеси на силан, тетраетоксисилан, колоиден разтвор на силициев диоксид или аерозил (фин силициев прах), характеризиращи се с много висока чистота.
Когато пазарните условия процес промяна ви позволява да промените интервала и делът на произведена продукция стока:
- електронен качество GAC за електронна промишленост;
- слънчева клас PAC за фотоволтаиците;
- PAC за инфрачервени фотодетектори и детектори ядрени частици;
- monosilane висока чистота и смес с водород и аргон;
- тетраетоксисилан висока чистота;
- силициево-диоксиден зол.
Според предварителните оценки, като се има предвид реализирането на тетра-етоксилана, дори и при ниска настройка на мощност за производство на поликристален силиций (350 кг) и с помощта на реактора Siemens, PAC цена ще бъде по-нисък от сегашното ниво. Основният дял от разходите ще бъдат свързани с консумацията на енергия. В случай вместо реактора Siemens малко енергоемки технология # 8201 - пиролиза на силан в "пълен" силициев слой # 8201 - GAC разходи могат да бъдат намалени с 50% или повече.
Предимствата на новия метод
Предложеният метод на производство на PAC има следните предимства:
- основна (металургичен силиций и етилов алкохол) на разположение в неограничени количества при относително ниска цена. Световното производство на металургичен силиций достига 1000000 тона годишно, а само 1% от него се използва за производството на силиций за електрониката;
- хлорен съединение не се използват, и методът е безопасен за околната среда;
- продукти на реакцията не взаимодействат със стените на реактора, се сведе до минимум замърсяването на крайни продукти, който позволява да се изгради оборудване от конвенционалните структурни материали;
- всички процеси протичат при нормално налягане при температура не по-висока от 300 ° С;
- химични реакции, свързани само с силиций и по същество не се появят трансфер примеси, което намалява разходите за процеса на пречистване;
- почти всички производствени отпадъци се използва за получаване на ценни продукти;
- повечето от реагентите (
95%) беше непрекъснато се връща в процеса;
- консумираната електрическа мощност може да бъде около 30 киловатчаса на 1 кг активен въглен на прах (об.
200 кВтч # 8202; / # 8202; кг трихлоросилан конвенционален метод).
Оригинални етапи на процеса са:
- Direct alkoksisilirovanie металургичен силиций с абсолютен етилов алкохол до получаване триетоксисилан;
- получаване monosilane чрез каталитично диспропорциониране триетоксисилан. Поради неговата селективност, този процес е ефективен метод за получаване на чист monosilane;
- хидролиза на тетраетоксисилан # 8201 - ко-продукт при получаването на monosilane # 8201 - позволява да се получи безводен етанол и го връща в процеса на производство.
All-руски институт за електрификация на селското стопанство разработи силиций получи проект с висока степен на чистота обезхлорена технология. Финансирането на работата на руските учени да се създаде без хлор технология за пречистване на силиций е замесен, Министерството на енергетиката на САЩ. Проектът, според експерти, ще позволи на Русия да се измъкнем от силициева технология за най-напредналите технологично равнище и пред конкуренцията.
Очакваните резултати от проекта:
- създаване на руски чисти технологии на слънчева клас силиций (използваемо за производство на фотоволтаични клетки), намаляване на разходите и силиций мощност от соларната клетка е няколко пъти;
- въвеждане в експлоатация на пилотен завод за производство на monosilane и капацитет PAC от 350 кг годишно за последващо широкомащабно производство от 1000 тона годишно;
- намаляване на консумацията на енергия в производството на PAC 250 кВтч / кг и 40 кВтч / кг и намаляване на разходите PAC # 2 8209 3 пъти.
Около половината от производствените процеси са преминали промишлена апробиране. пречистване на monosilane, alkoksisilirovaniya и стъпка хидролиза приложени в лабораторни условия. Успешно работи за увеличаване на добива от силиций и използването на продукти. В момента, техническа документация за пилотен линия от 350 кг / година monosilane или поликристален силиций с висока чистота, което е необходимо да се създаде 1 година. Освен това, за още 1 година е необходимо да се работи по разработване на технология и доставката на първоначалните данни за технически капацитет krupnopromyshlennoy проект монтаж на 1000 тона силиций годишно. Цената на двете фази на работа
2 млн. Щатски долара .. Общото време, необходимо за изграждането на 1000 тона годишно производство на силиций е 2 # 8209; 3 години.
Най-голям дял от разходите при получаването на силициеви сметки за енергия, така че по-нататъшно намаляване на цената на силиция може да се очаква в случай на използване в пиролиза на monosilane не традиционен стик-реактор, както и развитие на технологиите на силан разлагане в "пълен" слой, което ще намали консумацията на енергия с до 10 KW- з / кг.
При успех, проектът може да бъде първият в света е създаден за околната среда, на практика без отпадъци производство на силиций с висока чистота, който в зависимост от търсенето на пазара могат да бъдат лесно се пренастроят към производството на различни продукти: силан, силиций електронен или слънчева клас. И руския пазар на електронни и слънчева клас силиций продажби и monosilane, което е основната суровина за производството на филмови слънчевата клетки от аморфен силиций, не може само бързо да се възстанови цялата стойност на проекта, но също така и да заеме водеща позиция.
Свързани статии