Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии
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 о...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96663 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии / Г.М. Григоренко, В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко, В.В. Якуша, В.В. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 29-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859817000012873728 |
|---|---|
| author | Григоренко, Г.М. Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. Якуша, В.В. Степаненко, В.В. |
| author_facet | Григоренко, Г.М. Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. Якуша, В.В. Степаненко, В.В. |
| citation_txt | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии / Г.М. Григоренко, В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко, В.В. Якуша, В.В. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 29-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | 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.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:22:46Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.58
РАФИНИРОВАНИЕ КРЕМНИЯ ПРИ ПЛАВКЕ
ВО ВЗВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ
Г. М. Григоренко, В. А. Шаповалов, И. В. Шейко,
Ю. А. Никитенко, В. В. Якуша, В. В. Степаненко
Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины
03680, г. Киев, ул. Боженко, 11.
E-mail: office@paton.ua
Рассмотрены некоторые особенности рафинирования металлургического кремния до качества «солнечного», пригодного для
производства фотоэлектрических преобразователей. Проведенный анализ показал, что в лабораторных условиях при изготов-
лении 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-эмисионной спектрометрии индуктивно-связанной
плазмы на масс-спектрометре ICAP 6500 DUO. Библиогр. 11, ил. 4.
К лю ч е в ы е с л о в а : плавка во взвешенном состоянии; левитация; индукционная плавка; фотоэлектропреобразователи;
рафинирование; «солнечный» кремний; вредные примеси; бор
Уменьшение запасов природных углеводородов и повы-
шение их стоимости вынуждает многие страны к более
широкому использованию альтернативных источников
энергии, в частности фотоэлектрических преобразова-
телей (ФЭП) солнечной энергии. По данным Европейс-
кого сообщества, общая прогнозируемая мощность та-
ких преобразователей к 2020 г. может достичь более
200 ГВт. Предполагается, что через 20…30 лет «солнеч-
ными» станциями будет производиться примерно 25…30
% общего мирового объема электроэнергии. Однако сдер-
живающим фактором пока является относительно высокая
установочная стоимость и длительная окупаемость.
Для достижения рентабельности и широкого распрос-
транения «солнечной» энергетики необходимо снижение
стоимости вырабатываемой электроэнергии (по некото-
рым оценкам — до 0,035…0,05 дол./кВт⋅ч), а также обес-
печение срока службы преобразователей до 20–30 лет.
Цена электроэнергии, вырабатываемой преобразовате-
лями солнечной энергии, зависит от установочной сто-
имости самих преобразователей и эффективности ис-
пользуемых в преобразователях «солнечных» элементов.
В настоящее время большая часть производимого в
мире чистого кремния используется для изготовления
ФЭП. Это обусловлено их приемлемым КПД, простотой
конструкции, достаточными запасами кремния. Пос-
кольку более 50 % всей стоимости преобразователя сол-
нечной энергии составляет цена кремниевых элементов,
наметилась две тенденции на пути снижения стоимости
преобразователей. Первая заключается в сокращении
массовой доли кремния в активном элементе за счет при-
менения различных тонкопленочных технологий вмес-
то пластин, вторая — в создании ресурсосберегающих
технологий получения дешевого поликристаллического
кремния «солнечного» качества.
Самой дорогостоящей стадией получения кремния,
пригодного для производства ФЭП, является его очист-
ка до требований SoG–Si 99,9999 %. Разработано мно-
жество технологий очистки: от наиболее эффективной
хлорной (самой дорогой) до малоэффективных (метал-
лотермия и т. д.), однако проблема цена–качество так и
остается открытой. Поэтому вопрос рафинирования
кремния интересен как с прикладной точки зрения, так и
фундаментальной.
Кремний в жидком состоянии является активным
элементом, а требования по наличию некоторых элемен-
тов (бор, фосфор) составляют соответственно не более
0,3 и 1,5 ppmw. Эксперименты, выполненные на лабо-
раторном оборудовании при плавке кремния в тиглях,
практически не дают достоверных данных об эффектив-
ности рафинирования. Поэтому решением может стать
© Г. М. ГРИГОРЕНКО, В. А. ШАПОВАЛОВ, И. В. ШЕЙКО, Ю. А. НИКИТЕНКО, В. В. ЯКУША, В. В. СТЕПАНЕНКО, 2013
29
создание лабораторного оборудования с индукционной
безтигельной плавкой во взвешенном состоянии.
Индукционная плавка металлов и сплавов во взве-
шенном состоянии (электромагнитная левитация) в нас-
тоящее время хорошо известна и находит широкое при-
менение при проведении физико-химических исследо-
ваний. Особенно широко она распространена при изу-
чении взаимодействия расплавленного металла с газами
и газообразными реагентами. В ИЭС им. Е. О. Патона
НАНУ эта технология используется достаточно давно и
на основе ее исследования получено множество резуль-
татов по азотированию сталей и сплавов. Плавка во взве-
шенном состоянии осуществляется за счет нагрева и
удержания образца в потенциальной яме высокочастот-
ного индуктора. Для этого индуктор наряду с основны-
ми (нижними) витками имеет обратные (верхние) витки.
Из-за разности направления протекания тока в зоне меж-
ду витками образуется зона с низкой напряженностью,
так называемая «магнитная яма». Нижние витки служат
для поддержания и нагрева образца, верхние — для
удержания и вдавливания образца в поле нижнего [1, 2].
Принципиально технологическое оборудование,
предназначенное для плавки во взвешенном состоянии,
можно разделить на два типа. В оборудовании первого
типа в индуктор вставлена кварцевая трубка, выполня-
ющая роль плавильной камеры. Трубка фиксируется в
верхней части, а нижняя остается открытой. За счет пос-
тоянного протока газа практически полностью исклю-
чается возможность проникновения атмосферного кис-
лорода в зону плавления образца. Через нижнюю сво-
бодную часть трубки в зону индуктора вводится образец
и поддерживается до тех пор, пока силы, создаваемые
полем нижнего индуктора, не уравновесятся с силой гра-
витации. Сброс расплавленного образца осуществляется в
клиновидную пробницу (изложницу) через свободную
нижнюю часть. Это обеспечивает высокую скорость за-
калки и фиксацию химического состава.
У второго типа оборудования защитная атмосфера
создается в камере с размещенными внутри индуктором,
навесками образцов и кристаллизатором-приемником, в
которой образец впоследствии затвердевает. Такая схе-
ма, как правило, позволяет выполнять небольшую се-
рию экспериментов (4…6), а затем камеру следует раз-
герметизировать, извлечь образцы, очистить и подгото-
вить повторно. При этом обеспечивается стабильность
давления (в металлической камере возможна плавка как
в вакууме, так и при избыточном давлении) и контроли-
руется чистота атмосферы. Однако этому типу присущи
и недостатки, имеющиеся у всех видов камерных пе-
чей, — невозможность как-либо воздействовать на про-
цесс плавки, что важно при плавке во взвешенном сос-
тоянии, особенно на начальных стадиях подвешивания
и плавления образца, когда он еще слабо и нестабильно
удерживается полем.
Однако в силу ряда причин существующие схемы не
подходят для исследований кремния. В первом случае
жидкий кремний достаточно хорошо смачивает кварц и
любое его касание кварцевой трубки приводит к расте-
канию жидкого кремния по ее поверхности. Плотность
кремния относительно мала (2,33 г/см3), поэтому во вре-
мя плавки происходит пространственное колебание рас-
плава, приводящее к изменению центра массы образца,
и, в итоге, к нестабильности пространственного место-
положения.
Кремний в твердом состоянии является неэлектро-
проводным материалом, и образец плохо греется в ин-
дукционном поле. Во втором случае на начальной
стадии его необходимо поддерживать и центровать в ин-
Рис. 1. Схема (а) и внешний вид (б) лабораторного модуля для проведения плавки во взвешенном состоянии: 1 — кварцевое стекло; 2 — штуцер
для подачи аргона и газообразных реагентов; 3 — кварцевая колба; 4 — индуктор; 5 — расплав; 6 — изложница для быстрой кристаллизации
30
дукторе, исключая контакт с витками до нагрева и са-
мостоятельного удержания. Также для данной схемы
плавки критичным параметром является масса образца
и его габаритные размеры. При плавке в кварцевой труб-
ке, которая занимает большую часть рабочей зоны ин-
дуктора, не удается разогреть и подвесить малые образ-
цы, а их увеличение ограничено диаметром трубки [3].
С учетом описанных особенностей разработан и из-
готовлен лабораторный стенд, в котором индуктор раз-
мещен в камере из кварцевого стекла (рис. 1). Камера
представляет собой цилиндрический негерметичный со-
суд, в нижней части которого выполнено технологичес-
кое отверстие. Через него осуществляется загрузка и
выгрузка образца. Кварцевая камера обеспечивает воз-
можность наблюдения за поведением образца во время
плавки. В верхней части находится текстолитовый фла-
нец с установленной оптической системой, что позволяет
измерять температуру образца по вертикальной оси индук-
тора. Через фланец подается газ заданного состава, кото-
рый отводится через нижнее технологическое отверстие.
С учетом выполненных ранее исследований по
очистке кремния от бора при плавке и продувке кисло-
родо-водородными смесями на основе аргона уточнены
режимы рафинирования.
Проводились эксперименты по плавке металлурги-
ческого кремния в аргоне. Образец представлял собой
кусочек кремния с максимальным линейным размером
до 10 мм и массой примерно 2,3 г. Поскольку металлур-
гический кремний получают способом карботермичес-
кого восстановления в открытых печах и разливки в из-
ложницы, материал имеет неоднородную структуру с
углеродными включениями, порами, пленами и боль-
шим содержанием оксидов. Для усреднения состава и
получения плотных однородных образцов первичное
сырье подвергали индукционной плавке в секционном
кристаллизаторе в аргоне и в дальнейшем изготовляли
образцы.
Экспериментальные плавки проводили при различ-
ных значениях температуры расплавленных образцов и
времени выдержки их в жидком состоянии. В качестве
газового реагента использовали аргоно-водородную
смесь (водорода 10 %) и увлажненный аргон (0,0174 г
влаги на 1 л аргона). Общий расход газового реагента во
всех экспериментах был одинаков и составлял 4 л/мин.
Исследования показали, что чрезмерное превышение
концентрации водорода (более 25 %) в газовой смеси
приводит к образованию пор и трещин в образцах [4].
Образец вводили в зону индуктора, где он подхва-
тывался электромагнитным полем и находясь в подве-
шенном состоянии, медленно нагревался до температу-
ры плавления, а после расплавления выдерживался оп-
ределенное время. Капля под действием высокочастот-
ного электромагнитного поля подвергалась сильным ко-
лебаниям свободной поверхности и флуктуациям расп-
лава [5, 6]. Однако в общем виде капля (во фронтальном
сечении) принимала форму скругленного ромба, у кото-
рого нижняя часть более вытянута по сравнению с вер-
хней (рис. 2).
Питание индуктора осуществлялось от лампового
генератора мощностью 8 кВт с частотой рабочего тока
440 кГц. Температуру измеряли дистанционным пиро-
метром спектрального отношения ДПР-1 с диапазоном
200…3000 °С и погрешностью измерения ±5 °С.
Время выдержки образцов в жидком состоянии сос-
тавляло от 1 до 5 мин. После выдержки образца в жидком
состоянии и продувки газообразным реагентом источ-
ник питания выключали, и образец падал в изложницу,
где кристаллизовался в виде клиновидных проб (рис. 3).
Исследования химического состава проводили мето-
дом атомно-эмисионной спектрометрии индуктивно-
связанной плазмы на масс-спектрометре ICAP 6500 DUO.
В работах [7–11] приведены результаты исследова-
ний по удалению бора из расплавленного кремния при
обдуве увлажненным аргоном в условиях индукцион-
ной и плазменно-дуговой плавки. Опытные плавки осу-
ществляли в холодном керамическом тигле. Указанным
видам плавок присущи значительный температурный
градиент внутри расплава, вызывающий неконтролиру-
Рис. 2. Плавка образца кремния во возвешенном состоянии (а), схема процесса (б): 1 — вход и выход воды; 2 — расплавленный образец кремния;
3 — индуктор
31
емую флуктуацию состава. На основании ранее прове-
денных экспериментов не всегда удается проследить ки-
нетику рафинирования, поскольку усреднение состава
вносит погрешность при измерении концентраций на
уровне 0,3 ppmw (по бору).
Предложенная в настоящей работе технологическая
схема экспериментов полностью лишена описанных
проблем. Индукционный нагрев и небольшие размеры
образца позволяют вести процессы плавки в широком
диапазоне температур (2150…2250 °С). Интенсивное
перемешивание и изменение формы капли в электромаг-
нитном поле обеспечивают постоянное обновление ре-
акционного поверхностного слоя. А сверхбыстрая крис-
таллизация при затвердевании практически полностью
фиксирует химический состав, идентичный расплавлен-
ному состоянию.
Исследования показали, что в процессе плавок про-
исходит снижение содержания бора в образцах кремния
(рис. 4). Как видно из полученных зависимостей, наи-
больший эффект отмечен при обдуве расплавленного
кремния аргоно-водородной смесью. Изначально высо-
кое содержание кислорода в металлургическом кремнии
в присутствии водорода способствует образованию ле-
тучих соединений системы B–O–H. Обработка расплав-
ленного кремния аргоно-водяной смесью оказалась
менее эффективной.
Данный процесс очистки требует дальнейших иссле-
дований в более широком диапазоне концентраций га-
зовых реагентов и их нагрева до высоких температур.
Дальнейшие эксперименты позволят более точно опре-
делять состав газовой смеси, соответствующей наиболь-
шей способности к рафинированию кремния от бора и
других вредных примесей.
1. Фогель А. А. Индукционный метод удержания жидких металлов
во взвешенном состоянии. — Л.: Машиностроение, 1979. — 104 с.
2. Григоренко Г. М., Шейко И. В. Индукционная плавка металлов
в холодных тиглях и охлаждаемых секционных кристаллизато-
рах. — Киев: Сталь, 2006. — 320 с.
3. D. L. Li, X. M. Mao., H. Z. Fu. Electromagnetic levitation melting of
solar grade silicon material // J. of materials science letters. —
1994.— № 3. — P. 1066–1068.
4. Formation of silicon hollow spheres via electromagnetic levitation
method under static magnetic field in hydrogen-argon mixed gas /
S. Ueno, H. Kobatake, H. Fukuyama et al. // Materials Letters. —
2009. — № 63. — P. 602–604.
5. Деформация свободной поверхности металлической капли в эк-
сперименте по электромагнитной левитации / П. Шапель,
А. Жарди, Д. Аблизер и др. // Современ. электрометаллургия. —
2008. — № 4. — С. 50–56.
6. Density and thermal conductivity measurements for silicon melt by
electromagnetic levitation under a static magnetic field / Y. Inatomi,
F. Onishi, K. Nagashio, K. Kuribayashi // Intern. J. of thermophy-
sics. — 2007. — 28, № 1. — P. 44–59.
7. Removal of Boron in Silicon by H2-H2O Gas Mixtures / K. Tang,
S. Andersson, E. Nordstrand, M. Tangstad / JOM. — 2012. — 64,
№ 8. — P. 952–956.
8. Erlend F. Nordstrand, Merete Tangstad. Removal of boron from sili-
con by moist hydrogen gas // Metallurgical and materials transacti-
ons B. — 2012. — 43B, august. — P. 814–822.
9. Boron removal from metallurgical grade silicon by oxidizing refi-
ning / Wu Ji-Jun, Ma Wen-hui, Yang Bin et al. // Trans. Nonferrous
Met. Soc. China. — 2009. — № 19. — P. 463–467.
10. Born Removal in Molten Silicon by a Steam-Added Plasma Melting
Method / Naomichi Nakamura, Hiroyuki Baba, Yasuhiko Sakaguc-
hi, Yoshiei Kato // Materials Transactions. — 2004. — 45, № 3. —
P. 858–864.
11. Born removal from UMG-Si by hybrid melting utilizing steam plas-
ma torch and EMCM / D. V. Moon, H. M. Lee, B. K. Kim et al. //
Photovoltaic specialists conference (PVSC), 35-th IEEE (Honolulu,
20–25 June 2010). — Honolulu, 2010. — P. 002194–002197.
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. Ref. 11, Figs. 4.
K e y w o r d s : levitation melting; levitation; induction melting; photoelectric sensor; refining; solar silicon; harmful
impurities; boron
Поступила 11.10.2012
Рис. 3. Быстрозакаленные образцы кремния
Рис. 4. Содержание бора в образцах кремния, обработанных различ-
ными реагентами: 1 — Ar+H2O; 2 — Ar+H2
32
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96663 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:22:46Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Григоренко, Г.М. Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. Якуша, В.В. Степаненко, В.В. 2016-03-18T21:45:10Z 2016-03-18T21:45:10Z 2013 Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии / Г.М. Григоренко, В.А. Шаповалов, И.В. Шейко, Ю.А. Никитенко, В.В. Якуша, В.В. Степаненко // Современная электрометаллургия. — 2013. — № 1 (110). — С. 29-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96663 669.187.58 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. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Вакуумно-индукционная плавка Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии Refining of silicon in levitation melting Article published earlier |
| spellingShingle | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии Григоренко, Г.М. Шаповалов, В.А. Шейко, И.В. Никитенко, Ю.А. Якуша, В.В. Степаненко, В.В. Вакуумно-индукционная плавка |
| title | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| title_alt | Refining of silicon in levitation melting |
| title_full | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| title_fullStr | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| title_full_unstemmed | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| title_short | Рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| title_sort | рафинирование кремния при плавке во взвешенном состоянии |
| topic | Вакуумно-индукционная плавка |
| topic_facet | Вакуумно-индукционная плавка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96663 |
| work_keys_str_mv | AT grigorenkogm rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT šapovalovva rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT šeikoiv rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT nikitenkoûa rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT âkušavv rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT stepanenkovv rafinirovaniekremniâpriplavkevovzvešennomsostoânii AT grigorenkogm refiningofsiliconinlevitationmelting AT šapovalovva refiningofsiliconinlevitationmelting AT šeikoiv refiningofsiliconinlevitationmelting AT nikitenkoûa refiningofsiliconinlevitationmelting AT âkušavv refiningofsiliconinlevitationmelting AT stepanenkovv refiningofsiliconinlevitationmelting |