Szilícium napelemek - Energia Ukrajna
A legtöbb perspektivikus nézete az átalakítás a napenergiát villamos energia fotovoltaikus növény egy szilikon-alapú elemek, amelynek hatékonysága eléri a 15%. Azonban az ilyen állomás lesz életképes, ha teremtés technológiák és anyagok költségeinek csökkentése az energia a 2 # 8209; 3-szor. A fő akadály ezen az úton most a magas költségek szilícium.
Az összeg a polikristályos szilícium (PAC) napenergia fokozatú határozza meg a globális piaci kereslet a minőségi elektronikus AUC. Rendelkezések kínálat napenergia fokozatú PAC jelenleg kimerült.
hagyományos technológiával
A világ termelésének félvezető szilícium jelenleg a vezető pozíciót foglal el az Egyesült Államokban, Németországban és Japánban. Két fő módja, hogy kiváló szilícium (félvezető) tisztaságú - segítségével triklórszilán és szilán.
A készítmény a szilícium-triklórszilánt a reakciókat melléktermékek keletkeznek a szilícium-tetraklorid, és a hidrogén-klorid, amely ahhoz vezet, hogy csökken a hozam szilícium, szilícium a behatolását a káros eredő szennyezők korrózió a reakciókamra falai és egyéb növényi részeken, valamint a környezeti problémák. Ezért nehéz beszerezni triklór-szilán szilícium ultranagy tisztaságú.
Ugyanezzel monosilanovoy technológia számos előnnyel jár:
- hőbontásával monoszilán történik viszonylag alacsony hőmérsékleten (körülbelül 850 ° C helyett 1100 ° C-on triklór-szilán) és kevesebb energiafogyasztás;
- A reakció termékek már nem agresszív vegyi anyagok (hidrogén-klorid, klór-szilánokkal, stb), hogy csökkentse a tisztasága szilícium;
- tisztítását monoszilán a leginkább káros szennyezéseket, ceteris paribus hatékonyabb a # 8209; egy jelentős különbség a fizikai és kémiai tulajdonságok és egyéb szilán-vegyületek;
- együtt szilícium kereskedelmi termék maga keveréke monoszilánt és annak szükséges vékony film gyártási technológia a félvezető gyártási, beleértve a termelés napelemek készült amorf szilícium.
Ez a technológia azonban megvannak a maga hátrányai. Így, tisztítására monoszilán desztillációs alacsony hőmérsékleten hűtést igényel folyékony nitrogénnel és hélium, ami nagymértékben növeli a költségeket a szilícium. Továbbá, ismert előállítási módjához monoszilán képest triklórszilánnal meglehetősen bonyolult, ami magas költsége nagy tisztaságú monoszilán a félvezető iparban.
Emiatt, monoszilán használják csak korlátozott mértékben előállítására polikristályos szilícium különlegesen nagytisztaságú, amelyet elvégzett feldolgozás egykristály szilícium úszó révén a zóna olvadás.
A költségek csökkentése a monoszilán termelt a világ nagy tisztaságú szilícium végzett intenzív kutatás az új és hatékony módon megszerezni azt. A jelenleg ismert módszerek:
- acidolízise magnézium szilicidréteg használt Komatsu cég (Japán);
- katalitikus diszproporcionálódásának triklórszilánnal által használt Union Carbide (USA);
- katalitikus diszproporcionálódást ethoxysilanes Japánban fejlesztették ki, és a Szovjetunióban.
Azonban ezek a módszerek igényel nagy nyersanyag-felhasználás, az energia, a környezetre káros és nem biztosítja a GAC termelés csökkentésére.
Például, alapuló Krasnoyarsk bányászati és vegyi üzem tevékenységének célja, hogy a termelés a szilícium az elektronikai ipar számára a mennyisége 120 t / év, a későbbi növekedés kedvező gazdasági termelési mennyisége több mint 1000 tonna / év. A folyamat alkalmazását tervezik ismert ökológiai veszélyt szilícium tisztítási módszer beszerezve klórvegyületek, a fejlesztés, amely Oroszország elmaradt a versenytársai. Ezen túlmenően, ez a technológia nem drámaian csökkenti az energiafogyasztást és a szilícium-költség.
alkoxiszilán módszer
Eközben külföldön, és egyéb szilikon folytatott kutatások intenzív tisztítási módszerek Oroszországban. Az egyik legígéretesebb jelenleg alkoxiszilán módszer. Ez egy környezetbarát klórmentes alkoxiszilán technológia segítségével a PAC, amely egyaránt lehet használni napelem vagy félvezető áramkör.
Az első lépésben a jelenlétében, réz katalizátor és olyan hőmérsékleten, körülbelül 300 ° C van egy közvetlen kölcsönhatása fém-szilícium (96 # 8209; 98% szilícium-dioxid) vízmentes etanolban, az oldat három-etoxi-szilán. A második szakaszban, a diszproporcionálási trietoxiszilánt által, katalizátorként nátrium-etilát-oldatot tetraetoxi-szilán.
Ezután, a kapott hidrolizált tetraetoxi-szilán c kapjuk a kimeneti abszolút alkohol, amely folyamat visszatér az első lépés, és etil-szilikát (szilícium-dioxid szolt egy SiO 2 30% -os koncentrációban), mint mellékterméket eltávolítjuk a reaktorból.
Problémák a biztonságos működés a szilán sikeresen megoldotta a PKK és a termelés a szilán egyetlen gyártósoron. Egy további garantálja a biztonságot, hogy az összes lépést társított tisztítására szilán környezeti hőmérsékleten végezzük, vagy az alatt.
Emellett PAC kimeneti termékek: monoszilán gázelegyek szilán, tetraetoxi-szilán, kolloid oldat a szilícium-dioxid vagy Aerosil (finom szilícium-dioxid port), azzal jellemezve, hogy igen nagy tisztaságú.
Amikor a piaci körülmények változása eljárás lehetővé teszi, hogy módosítsa a tartomány és aránya termelt áru kimenet:
- elektronikus minőségű GAC az elektronikai ipar számára;
- PAC napelem évfolyam;
- PAC infravörös fotodetektorok és nukleáris részecske detektorok;
- nagy tisztaságú monoszilánt és annak keveréket hidrogénnel és argon;
- tetraetoxi-szilán tisztaság;
- szilícium-dioxid szol.
Az előzetes becslések szerint, mivel a megvalósítása tetraetoxiszilánt, még alacsony teljesítmény beállítás előállítására polikristályos szilícium (350 kg) és a Siemens reaktor, PAC költsége alacsonyabb lesz, mint a jelenlegi szinten. A fő eső költségeket lesz kapcsolatos energiafogyasztást. Abban az esetben ahelyett, hogy a Siemens reaktor technológia kevesebb energiát - pirolízise szilán a „fluid” ágy szilícium - PAC költsége csökkenthető 50% -kal vagy annál nagyobb.
Az előnye az új módszer
A javasolt módszer a termelés a PAC a következő előnyökkel jár:
- kiindulási anyag (kohászati szilícium és etil-alkohol) állnak rendelkezésre korlátlan mennyiségben viszonylag alacsony áron. A világ termelése kohászati szilícium eléri 1000000 tonnát, és csak 1% -a van előállításához használt szilícium az elektronikai;
- egy klórvegyületet nem használják, és az eljárás környezetvédelmi szempontból biztonságos;
- reakciótermékek nem lépnek kölcsönhatásba a a reaktor falán, minimalizálva a szennyeződése végtermékek, amely lehetővé teszi, hogy építsenek berendezések a hagyományos szerkezeti anyagok;
- Minden folyamatok normál nyomáson a hőmérséklet nem magasabb, mint 300 ° C;
- Csak kapcsolatos kémiai reakciók lejátszódását a szilícium és a lényegében nem transzfer fordul elő szennyeződés, amely csökkenti a költségek a tisztítási folyamat;
- szinte minden termelési hulladékokat előállításához használt értékes melléktermékek;
- A legtöbb reagensek (
200 kW-óra / kg hagyományos triklórszilán módszer).
Eredeti szakaszában a folyamat a következő:
- alkoksisilirovanie közvetlen kohászati szilícium abszolút etil-alkohollal, és így trietoxi-szilán;
- megszerzése monoszilán katalitikus diszproporcionálódás trietoxi-szilán. Mivel a szelektivitása, ez a folyamat egy hatékony előállítására szolgáló eljárás tiszta monoszilán;
- hidrolizáló tetraetoxi-szilán - egy társ-termék előállítására monoszilán - lehetővé teszi, hogy kapjuk a vízmentes etanol és visszaküldi azt a gyártási folyamatban.
Hulladékmentes termelés
All-Russian Institute for villamosítása Mezőgazdasági kifejlesztett szilícium szerezni projekt nagyfokú tisztasága klórmentes technológiával. A fennmaradó összeget a munka az orosz tudósok, hogy hozzon létre egy klórmentes szilícium tisztítási technológia van szó, a US Department of Energy. A projekt, a szakértők szerint, lehetővé teszi Oroszország kijutni szilícium technológia a legfejlettebb technológiai színvonalat és a konkurencia előtt.
Várt eredmények a projekt:
- létre egy orosz tiszta technológiájának napenergia minőségű szilícium (a felhasználható gyártásához napelemek), csökken a szilícium költség és áramot a napelem többször;
- Üzembe félüzemi termelő monoszilán és egy PAC kapacitása 350 kg évente későbbi nagyüzemi méretekben 1000 tonna évente;
- energiafogyasztásának csökkentése a termelés PAC 250 kWh / kg-os és 40 kWh / kg és csökken a költség PAC # 2 8209 3-szor.
Mintegy fele a termelési folyamatok telt ipari helyeslése. tisztító monoszilán, alkoksisilirovaniya és a hidrolízis végrehajtott laboratóriumi körülmények. Sikeresen működik a hozam növekedését a szilícium és a használata melléktermékek. Jelenleg műszaki dokumentáció kísérleti vonal 350 kg / év monoszilán vagy polikristályos szilícium nagy tisztaságú, amely ahhoz szükséges, hogy hozzon létre egy 1 év. Továbbá, még 1 év kell dolgozni a fejlődő technológia és a szállítás kezdeti adatok egy technikai projekt krupnopromyshlennoy szerelési kapacitása 1000 tonna szilícium évente. Az ára mindkét munkafázisokat
2.000.000. USA dollár .. A teljes idő szükséges építeni 1000 tonna évente szilíciumtermelés 2 # 8209; 3 év.
A jelentős részét a költségek megszerzése szilícium számlák az energia, ami tovább csökkenti a költségeit a szilícium lehet számítani abban az esetben alkalmazható a pirolízis monoszilán nem hagyományos bot-reaktor, és a technológiai fejlődés szilán bomlása a „teljes” réteg, amely minimálisra csökkenti az energiafogyasztást akár 10 kW- h / kg.
Ha sikeres, a projekt lehet az első a világon létrehozott környezetbarát, gyakorlatilag hulladékmentes termelés nagy tisztaságú szilícium, amely attól függően, a piaci kereslet is könnyen lehet állítani, hogy a termelés különböző termékek: szilán, szilikon elektronikus vagy napenergia fokozatú. És az orosz piacon az elektronikus és a napenergia szilikonból értékesítés és monoszilán, amely a fő nyersanyag előállítására filmes napelem készült amorf szilícium, nem csak gyorsan vissza a teljes költségét a projekt, hanem, hogy a vezető pozíciót.
Valerij Eden, energia és Ipari Oroszország