Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии

Abstract

Рассмотрены некоторые особенности рафинирования металлургического кремния до качества «солнечного», пригодного для производства фотоэлектрических преобразователей. Проведенный анализ показал, что в лабораторных условиях при изготовлении чистого кремния не всегда удается получить достоверные данные об эффективности рафинирования. Это связано с высоким градиентом температуры в образце, взаимодействием с материалом тигля, локальным воздействием реагентов. Предложено для исследования процессов рафинирования использовать плавку во взвешенном состоянии в электромагнитном поле. Рассмотрены основные особенности установок ливитационной плавки и присущие им недостатки. Создан лабораторный стенд для плавки и рафинирования кремния во взвешенном состоянии при высокочастотной индукционной «левитационной плавке». Оборудование представляет собой кварцевую камеру с проточной атмосферой аргона, внутри которой расположен индуктор с двумя обратными витками. Проведены эксперименты по очистке расплавленных образцов кремния (температура 2150...2250 °С) от бора с помощью газовых реагентов. В качестве реагентов использовали смеси аргон–водород и аргон–влага. Эксперименты показали, что наибольший эффект зафиксирован при обдуве расплавленного кремния аргоно-водородной смесью. Исследования химического состава проводили методом атомно-эмиссионной спектрометрии индуктивно-связанной плазмы на масс-спектрометре ICAP 6500 DUO.

Some features of refining the metallurgical silicon to the quality of «solar» silicon, suitable for the production of photovoltaic cells, were considered. The analysis showed that in producing the pure silicon under the laboratory conditions it is not always possible to obtain reliable data on the effectiveness of refining. This is due to the high temperature gradient in the sample, interaction with the crucible material, the local influence of reagents. To study the refining processes, it was suggested to use the levitation melting in the electromagnetic field. The main features of units for levitation melting were considered and typical their shortcomings were described. A laboratory bench was designed for levitation melting and refining of silicon using the high-frequency induction melting. Equipment represents a quartz chamber with passing argon atmosphere, inside which an inductor with two feedback loops is arranged. Experiments were carried out to purify the molten silicon samples (temperature of 2150...2250 °С) from boron by means of gas reagents. As reagents, the argon-hydrogen and argon-moisture mixtures were used. Experiments showed that the greatest effect was observed when blowing the molten silicon with argon-hydrogen mixture. The chemical composition was examined by using the method of atomic-emission spectrometry of inductively-coupled plasma in mass spectrometer ICAP 6500 DUO.