Технология получения кремния для нужд солнечной энергетики

Солнце, являясь бесплатным неисчерпаемым источником энергии, отныне стало объектом детального исследования. Все запасы природного топлива, содержащиеся в земных недрах, перекрываются нашим светилом за один только год. Ажиотаж на рынке полупроводниковых материалов обусловлен увеличивающимся спросом на фотопреобразователи, основу которых составляет такой элемент, как кремний.

Производство монокристаллического, поликристаллического или же аморфного кремния является основной составляющей в высокой себестоимости солнечных батарей. Достигнуть полупроводниковой чистоты – значит провести глубокую очистку и добиться мизерного содержания примесей – на уровне 10-4-10-6 %. В промышленности пока известен единственный способ получения кремния «солнечного» сорта – хлорсилановая технология.

Производство условно можно разделить на три нитки: получение металлургического кремния низкой степени чистоты, доведение его до требуемых кондиций методом ректификации и восстановление до товарного продукта. В качестве исходного сырья используются особо чистые кварциты, которые и являются основными носителями примесей, коих в песке предостаточно. Карботермическое восстановление осуществляется при повышенных температурах и приводит к образованию металлургического кремния.

Так как очистку легче всего проводить в газообразном состоянии, образующийся неметалл хлорируют до SiCl4 и подвергают многократной ректификации. Окончательным этапом в этом сложном, опасном и дорогостоящем технологическом процессе является восстановление кремния водородом. Многостадийность предложенной схемы, наличие повышенных температур и агрессивных газообразных сред заставляет искать новые конкурентоспособные способы, позволяющие получить более дешевый кремний и, тем самым, снизить стоимость солнечных элементов. Сейчас ученых всего мира занимает вопрос об использовании тетрафторида кремния – отхода деятельности многих предприятий химической промышленности – в качестве бесплатного сырья для решения энергетической проблемы.