多晶硅生產(chǎn)中對人體危害有多大?

【專家解說】：硅本身沒有毒和放射性。 但是加工過程使用很多有毒物質(zhì)和強電磁輻射的機器。 沉積法制備光伏級多晶硅薄膜。一般以高純硅烷或三氯硅烷為氣源，采用化學(xué)沉積、物理沉積和液向外延法。沉積出的薄膜以非晶、微晶、多晶形式存在。但是非晶硅薄膜太陽能電池存在光致衰退現(xiàn)象，所以該方法研究的一個方面就是通過改變沉積條件或?qū)Ψ蔷Ч柽M行再結(jié)晶制備多晶硅薄膜。上述方法中，物理氣相沉積沉積因存在“空洞”和懸掛鍵密度過高等問題而不能滿足滿足太陽能電池材料的要求。據(jù)報道，日本德山曹達(dá)公司建設(shè)了一座化學(xué)氣相沉積光伏級多晶硅薄膜實驗廠，年產(chǎn)量200噸。這些方法工業(yè)化生產(chǎn)的主要問題在于沉積速度和晶化率;能耗并不低于硅烷法。 (4) 電化學(xué)沉積非晶硅薄膜或粉末。這種方法由莫斯科工程大學(xué)研制，主要步驟為采用自蔓延高溫合成方法獲得可溶性硅化合物，之后利用膜分離工藝和超高頻電解技術(shù)獲得5個9以上的非晶硅薄膜或粉末。該技術(shù)的思路來源于超高頻電解技術(shù)提取鈾。 三、 課題研究內(nèi)容、目標(biāo)、具體考核指標(biāo) 1、 技術(shù)方案 無氯烷氧基硅烷生產(chǎn)多晶硅工藝包括5個步驟:三乙氧基硅烷合成;三乙氧基硅烷提純;三乙氧基硅烷歧化制取硅烷;硅烷提純;硅烷熱解制取多晶硅。該方法采用的工藝流程如圖1所示。 純乙醇和干燥、純度為99%、粒度為200目硅粉反應(yīng)生成三乙氧基硅烷。主要副產(chǎn)物為少量的四乙氧基硅烷。反應(yīng)在常壓、180°C條件下進行，采用銅基催化劑。乙醇通過蒸餾回收循環(huán)利用。三乙氧基硅烷采用吸附提純或是蒸餾提純，去除四乙氧基硅烷。 提純后的三乙氧基硅烷在常壓和接近常溫條件下，通過液體催化劑進行歧化反應(yīng)。分離出的甲硅烷通過吸附提純，然后在800°C下進入流化床反應(yīng)器，通過熱分解，生成150-1500µm的粒狀多晶硅。 反應(yīng)過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物四乙氧基硅烷、氫氣通過下述反應(yīng)循環(huán)利用: 3Si(OC2H5)4+Si+2H2→4SiH(OC2H5)3 (50atm，150°C) 另外四乙氧基硅烷還可以被加工成很多貴重商品，如硅溶膠、有機硅液體和樹脂等。 2、研究內(nèi)容 (1) 三乙氧基硅烷合成、三乙氧基硅烷提純、三乙氧基硅烷歧化制取甲硅烷、甲硅烷提純、甲硅烷熱解制取多晶硅各個過程的最佳工藝條件的確定，包括反應(yīng)溫度、壓力、流量、吸附劑等; (2) 三乙氧基硅烷合成、三乙氧基硅烷歧化制取甲硅烷、甲硅烷熱解制取多晶硅動力學(xué)研究。 (3) 三乙氧基硅烷合成、三乙氧基硅烷歧化制取甲硅烷催化劑評選，以及新型高效催化劑分子設(shè)計及制備研究。 (4) 四乙氧基硅烷制備三乙氧基氫硅烷的工藝研究。 (5) 整個工藝過程的仿真模擬，特別是流體流動狀態(tài)的模擬，為擴大生產(chǎn)線規(guī)模提供理論指導(dǎo)。 3、研究目標(biāo) (1) 確定無氯硅氧烷制備多晶硅工藝流程與工藝條件。 (2) 確定各個工藝過程的反應(yīng)速率或吸附速率等動力學(xué)參數(shù)，為生產(chǎn)裝置設(shè)計提供完整數(shù)據(jù)。 (3) 完成整個工藝過程的仿真模擬。 (4) 完成年產(chǎn)500公斤多晶硅實驗室裝置。 4、具體考核指標(biāo) (1) 硅粉轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，乙醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，三乙氧基硅烷對四乙氧基硅烷選擇性達(dá)到98%，三乙氧基硅烷歧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率90%。 (2) 多晶硅粉平均粒度800-1000µm。 (3) 多晶硅質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)。 雜質(zhì) 電阻率或濃度 體純度 施主 (P, As, Sb) 電阻率 ≤300Ω?cm 受主(B, Al) 電阻率 ≤ 3000Ω?cm 碳 ≤ 100ppba 體金屬總量 (Fe, Cu, Ni, Cr, Zn) ≤ 500pptw 表面金屬 金屬總量 ≤ 1000pptw 四、關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新點 1、關(guān)鍵技術(shù) (1) 三乙氧基硅烷歧化反應(yīng)催化劑選擇以及工藝條件確定。 (2) 四乙氧基硅烷氫化回收工藝條件的確定以及四乙氧基硅烷的轉(zhuǎn)化率。 (3) 甲硅烷熱裂解工藝條件確定。 (4) 粒狀多晶硅表面雜質(zhì)含量的控制。 2、創(chuàng)新點 (1) 采用無氟、無氯工藝制備硅烷，原料和中間產(chǎn)物不對設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。 (2) 甲硅烷分解采用流化床工藝，降低能耗。 (3) 產(chǎn)物為粒狀，適合于單晶硅連續(xù)加料拉制工藝。 (4) 采用閉路循環(huán)，提高原料利用率。 (5) 對工藝過程進行實驗研究同時，建立仿真模擬系統(tǒng)，為今后擴大生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。 五、現(xiàn)有基礎(chǔ)條件(初步研究工作、技術(shù)隊伍、裝備等) 1、初步研究工作 (1) 進行了硅粉與乙醇合成三乙氧基氫硅烷的合成研究。取得的階段性成果包括:硅粉轉(zhuǎn)化率為95%，酒精轉(zhuǎn)化率為90%，三乙氧基硅烷選擇性達(dá)到97%。伴生產(chǎn)品為氫。制取的三乙氧基硅烷通過蒸餾，分離出未充分反應(yīng)的酒精，然后對三乙氧基硅烷進行化學(xué)吸附提純。該方法已經(jīng)申請國家發(fā)明專利。 (2) 進行了后續(xù)各個步驟的理論研究工作和初步實驗摸索，證明此工藝路線是可行的。