單晶和多晶的制備方法有哪些

1. 直拉法制備單晶硅的原理

首先搞清楚四個基本概念、晶體、非晶體、單晶、多晶。
直拉法制備單晶硅原理：將多晶硅通過熱場加熱，融化成熔融狀態，通過控制熱場將液面溫度控制在結晶的臨界點，通過液面上方的單晶籽晶從液面向上提拉，溶硅隨著籽晶的提拉上升按照籽晶的晶向生長出單晶硅圓。

2. 單晶硅和多晶硅的制備技術有哪些

多晶硅制備技術主要有：
西門子法：80%以上企業採用此方法；
硅烷法：能耗低、產率高，但硅烷易燃易爆，生產安全難控制；
流化床法：能耗低、產率高、成本低，安全性差、純度低；
物理提存法：能耗低、投資少、產量大，國內未掌握核心技術。

3. 製作單晶硅的方法

（1）

硅的主要來源是石英砂（二氧化硅），硅元素和氧元素通過共價鍵連接在一起。因此需要將氧元素從二氧化硅中分離出來，換句話說就是要將硅還原出來，採用的方法是將二氧化硅和碳元素（可以用煤、焦炭和木屑等）一起在電弧爐中加熱至2100°C左右，這時碳就會將硅還原出來。化學反應方程式為：SiO2 (s) + 2C (s) = Si (s) + 2CO (g)（吸熱）

（2）

上一步驟中得到的硅中仍有大約2%的雜質，稱為冶金級硅，其純度與半導體工業要求的相差甚遠，因此還需要進一步提純。方法則是在流化床反應器中混合冶金級硅和氯化氫氣體，最後得到沸點僅有31°C的三氯化硅。化學反應方程式為：Si (s) + 3HCl (g) = SiHCl3 (g) + H2 (g)（放熱）

(3）

隨後將三氯化硅和氫氣的混合物蒸餾後再和加熱到1100°C的硅棒一起通過氣相沉積反應爐中，從而除去氫氣，同時析出固態的硅，擊碎後便成為塊狀多晶硅。這樣就可以得到純度為99.9999999%的硅，換句話說，也就是平均十億個硅原子中才有一個雜質原子。

（4）

進行到目前為止，半導體硅晶體對於晶元製造來說還是太小，因此需要把塊狀多晶硅放入坩堝內加熱到1440°C以再次熔化 。為了防止硅在高溫下被氧化，坩堝會被抽成真空並注入惰性氣體氬氣。之後用純度99.7%的鎢絲懸掛硅晶種探入熔融硅中，晶體成長時，以2~20轉/分鍾的轉速及3~10毫米/分鍾的速率緩慢從熔液中拉出：
探入晶體「種子」
長出了所謂的「肩部」
長出了所謂的「身體」
這樣一段時間之後就會得到一根純度極高的硅晶棒，理論上最大直徑可達45厘米，最大長度為3米。

以上所簡述的硅晶棒製造方法被稱為切克勞斯法（Czochralski process，也稱為柴氏長晶法），此種方法因成本較低而被廣泛採用，除此之外，還有V-布里奇曼法（Vertikalern Bridgman process）和浮動區法（floating zone process）都可以用來製造單晶硅。

4. 單晶材料的單晶制備方法：

此法為最常用方法，是從結晶物質的熔體中生長晶體。適用於光學半導體，激光技術上需要的單晶材料。
（一）晶體生長的必要條件。
根據晶體生長時體系中存在的——由熔體（m）向晶體（C）自發轉變時——兩相間自由焓的關系：Gm(T)>Gc(T),即△G=Gc(T)-Gm(T)≈△He-Te△Se-△T△Se=△T△Se<0。結晶時, △Se>0，只有△T<0 。熔體單晶體生長的必要條件是：體系溫度低於平衡溫度。體系溫度低於平衡溫度的狀態稱為過冷。△T的絕對值稱為過冷度。過冷度作為熔體晶體生長的驅動力。一般情況：該值越大，晶體生長越快。當值為零時，晶體生長停止。
（二）晶體生長的充分條件
晶體生長是發生在固-液（或晶-液）界面上。通常為保證晶體粒生長只需使固-液界面附近很小區域熔體處於過冷態，絕大部分熔體處於過熱態（溫度高於Te ）。已生長出的晶體溫度又需低於Te。就是說整個體系由熔體到晶體的溫度由過熱向過冷變化。過熱與過冷區的界面為等溫區。此面與晶體生長界面間的熔體為過冷熔體。且過冷度沿晶體生長反方向逐漸增大。晶體的溫度最低。這種由晶體到熔體方向存在的溫度梯度是熱量輸運的必要條件。熱量由熔體經生長面傳向晶體，並由其轉出。
晶體生長的充分條件：（dT/dz）c一定、(dT/dz）m為零時，整個區域熔體處於過冷態，晶體生長速率最大。對於一定結晶物質，過冷度一定時，決定晶體生長速率的主要因素是晶體與熔體溫度梯度（dT/dz）c與（dT/dz）m的相對大小。只有晶體溫度梯度增大，熔體溫度梯度減少，才能提高晶體生長速度。需指出：晶體生長速度並非越大越好，太大會出現不完全生長，影響質量。
（三）晶體生長方法
1 提拉法：提拉法適於半導體單晶Si、Ge及大多數激光晶體。
工藝流程：
1）同成分的結晶物質熔化，但不分解，不與周圍反應。
2）預熱籽晶，旋轉著下降後，與熔體液面接觸，待熔後，緩慢向上提拉。
3）降低坩堝溫度或熔體溫度梯度，不斷提拉籽晶，使其籽晶變大。
4）等徑生長：保持合適的溫度梯度與提拉速度，使晶體等徑生長。
5）收晶：晶體生長所需長度後，拉速不變，升高熔體溫度或熔體溫度不變，加快拉速，使晶體脫離熔體液面。
6）退火處理晶體。
2 坩堝下降法：
在下降坩堝的過程，能精密測溫，控溫的設備中進行。過熱處理的熔體降到稍高於凝固溫度後，下降至低溫區，實現單晶生長，並能繼續保持。
3 泡生法：
過熱熔體降溫至稍高於熔點，降低爐溫或冷卻籽晶桿，使籽晶周圍熔體過冷，生長晶體。控制好溫度，就能保持晶體不斷生長。
4 水平區熔法：
盛有結晶物質的坩堝，在帶有溫度梯度的加熱器，從高溫區向低溫區移動，完成熔化到結晶過程。
以上四種晶體生長使用的坩堝，應具備：熔點高於工作溫度200℃，不與熔體互熔起化學反應，良好的加工性及抗熱震性，熱膨脹系數與結晶物質相近，常用鉑、銥、鋼、石墨、石英及其它高熔點氧化物。 以水、重水或液態有機物作溶劑的溶液中，可生長完整均勻的大尺寸單晶體。
（一）晶體生長基本原理
1 晶體生長的必要條件：一定溫度條件下，溶液的濃度大於該溫度下的平衡濃度（即飽和濃度）稱過飽和，其大於的程度稱過飽和度，它是溶液法晶體生長的驅動力。
2 晶體生長的充分條件：把溶液的過飽和狀態控制在亞穩定區內，避免進入不穩定或穩定區。
（二）晶體生長方法
1 降溫法：利用不斷降溫並維持溶液亞穩過飽和態，以實現晶體不斷生長的方法。
2 流動法：控制飽和槽和生長槽間溫差及流速並使其處於亞穩過飽和態。維持晶體不斷生長。
3 蒸發法：利用不斷蒸發溶劑，並控制蒸發速度，維持溶液處於亞穩的過飽和狀態，實現晶體的完全生長。
4 電解溶劑法：利用電解原理，不斷從體系中去除溶劑，以維持溶液過飽和狀態，實現晶體不斷生長。關鍵是控制電解電流，即溶劑電解速度保持體系處於亞穩區。
5 凝膠法：兩物質的溶液通過凝膠擴散，相遇，經化學反應，生成結晶物質，並在凝膠中成核，長大。 （一）基本原理
高溫溶液法生長的結晶物質，須在高溫下，溶於助溶劑，形成過飽和溶液。因此，助溶劑選擇，溶液相關系的確定，是溶液生長晶體的先決條件。
助溶劑應具備的條件：
1）對結晶物質有足夠大溶解度，並在生長溫度范圍內，有適宜的溶解度溫度系數。
2）與溶質的作用應是可逆的，形成的晶體是唯一、穩定的。
3）具有盡可能高的沸點及盡可能低的溶點。
4）含有與結晶物質相同的離子。
5）粘滯性不大，利於溶質擴散和能量運輸。
6）無毒、無腐蝕性。
7）可用適當溶液或溶劑溶解。
（二） 晶體生長方法
1 緩冷法及改進技術
以0.2－5℃/h的速度，使處在過飽和態的高溫溶液降溫，先慢後快，防止過多成核。溫度降到出現其它相或溶解的溫度系數近於0時，較快速降溫。並用適當的溶劑溶掉凝固在晶體周圍的溶液，便得晶體。
改進技術
（1）坩堝局部過冷（2）採用復合助熔劑（3）變速旋轉坩堝（4）刺破坩堝以利於分離。
2 助溶劑揮發法:恆溫下藉助助溶劑的揮發，使溶液保持亞穩定過飽和態，以保持晶體生長。
3 籽晶降溫法：引入籽晶後，靠不斷降溫維持溶液的亞穩定過飽和度，保持晶體不斷生長。
晶體是十分奇妙、美麗而又用途巨大，而自然界中天然形成的晶體多含有大量的缺陷，從而影響到它的應用。在實驗室中，採用精巧的設備，嚴格設定晶體生長所需的溫度、氣氛和組分，通過嚴格控制的條件可以生長出符合需要的高質量晶體。 （一）基本原理
利用運輸反應來控制反應的進行，其生成物必須是揮發性的，且要有唯一穩定的固體相（所希望的）生成，ΔG→0?反應易為可逆，平衡時，反應物與生成物有足夠的量。
（二） 晶體生長方法
1 升華法
將固體順著溫度梯度通過晶體在管子的冷端從氣相中生長的方法。
即：在高溫區蒸發原料，利用蒸氣的擴散，讓固體順著溫度梯度通過晶體在冷端形成並生長的方法。
固→氣→固常壓升華
常壓升華（P>1 atm）：As、P、CdS
減壓升華（P<1 atm）：雪花、ZnS、CdSe、HgI2
2 蒸氣運輸法
在一定的環境相下?利用運載氣體來幫助源的揮發和運輸?從而促進晶體生長的方法。通常採用鹵素作運輸劑。在極低的氯氣壓力下觀察鎢的運輸?發現在加熱的鎢絲中，鎢從較冷的一根轉移到較熱的一根上。
冷端：W+3Cl2↹WCl6
W以氯化物的形式揮發；熱端、分解、沉積出W，規則排列，生長出單晶體。此法常用來提純材料和生長單晶體。不僅可以生長純金屬單晶，也可用於生長二元或三元化合物。如：ZnIn2S4、HgGa2S2、ZnSiP2。
3 氣相反應生長法讓各反應物直接進行氣相反應生成晶體的方法。成為工業上生產半導體外延晶體的重要方法之一，常用於制膜，如TiC、GaAs。
目前人類科技的鎳基單晶材料共有五代。

5. 制備單晶的關鍵是什麼，如何制備單晶

所謂單晶，即結晶體內部的微粒在三維空間呈有規律地、周期性地排列，或者說晶體的整體在三維方向上由同一空間格子構成，整個晶體中質點在空間的排列為長程有序。單晶整個晶格是連續的，具有重要的工業應用。由於熵效應導致了固體微觀結構的不理想，例如雜質，不均勻應變和晶體缺陷，有一定大小的理想單晶在自然界中是極為罕見的，而且也很難在實驗室中生產。另一方面，在自然界中，不理想的單晶可以非常巨大，例如已知一些礦物，如綠寶石，石膏，長石形成的晶體可達數米。

單晶生長制備方法大致可以分為氣相生長、溶液生長、水熱生長、熔鹽法、熔體法。最常見的技術有提拉法、坩堝下降法、區熔法、定向凝固法等；
目前除了眾多的實際工程應用方法外，藉助於計算機和數值計算方法的發展，也誕生了不同的晶體生長數值模擬方法。特別是生產前期的分析和優化大直徑單晶時，數值計算尤為重要。
一、揮發法
原理：依靠溶液的不斷揮發，使溶液由不飽和達到飽和過飽和狀態 。
條件：固體能溶解於較易揮發的有機溶劑理論上，所有溶劑都可以，但一般選擇60～120℃ 。
注意：不同溶劑可能培養出的單晶結構不同方法：將固體溶解於所選有機溶劑，有時可採用加熱的辦法使固體完全溶解，冷卻至室溫或者再加溶劑使之不飽和，過濾，封口，靜置培養 。
二、擴散法
原理：利用二種完全互溶的沸點相差較大的有機溶劑。固體易溶於高沸點的溶劑，難溶或不溶於低沸點溶劑。

6. 多晶與單晶區別

很多取向不同而機遇的單晶顆粒可以拼湊成多晶體. 也就是說多晶體是由單晶體組成的。

所謂單晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即結晶體內部的微粒在三維空間呈有規律地、周期性地排列，或者說晶體的整體在三維方向上由同一空間格子構成，整個晶體中質點在空間的排列為長程有序。單晶整個晶格是連續的，具有重要的工業應用。由於熵效應導致了固體微觀結構的不理想，例如雜質，不均勻應變和晶體缺陷，有一定大小的理想單晶在自然界中是極為罕見的，而且也很難在實驗室中生產。另一方面，在自然界中，不理想的單晶可以非常巨大，例如已知一些礦物，如綠寶石，石膏，長石形成的晶體可達數米。
晶體簡介

晶體概念
自然界中物質的存在狀態有三種：氣態、液態、固態
固體又可分為兩種存在形式：晶體和非晶體
晶體是經過結晶過程而形成的具有規則的幾何外形的固體；晶體中原子或分子在空間按一定規律周期性重復的排列。

性質
均 勻 性： 晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。
各向異性： 晶體中不同的方向上具有不同的物理性質。
固定熔點： 晶體具有周期性結構，熔化時，各部分需要同樣的溫度。
規則外形： 理想環境中生長的晶體應為凸多邊形。
對 稱 性： 晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。

分類
對晶體的研究，固體物理學家從成健角度分為
離子晶體
原子晶體
分子晶體
金屬晶體
顯微學則從空間幾何上來分，有七大晶系，十四種布拉菲點陣，230種空間群，用拓撲學，群論知識去研究理解。可參考《晶體學中的對稱群》一書 （郭可信，王仁卉著）。

晶粒
晶粒是另外一個概念，首先提出這個概念的是凝固理論。從液態轉變為固態的過程首先要成核，然後生長，這個過程叫晶粒的成核長大。晶粒內分子、原子都是有規則地排列的，所以一個晶粒就是單晶。多個晶粒，每個晶粒的大小和形狀不同，而且取向也是凌亂的，沒有明顯的外形，也不表現各向異性，是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意與Particle是有區別的。
有了晶粒，那麼晶粒大小（晶粒度），均勻程度，各個晶粒的取向關系都是很重要的組織（組織簡單說就是指固體微觀形貌特徵）參數。對於大多數的金屬材料，晶粒越細，材料性能（力學性能）越好，好比面團，顆粒粗的面團肯定不好成型，容易斷裂。所以很多冶金學家材料科學家一直在開發晶粒細化技術。
科學總是喜歡極端，看得越遠的鏡子叫望遠鏡；看得越細的鏡子叫顯微鏡。晶粒度也是這樣的，很小的晶粒度我們喜歡，很大的我們也喜歡。最初，顯微鏡倍數還不是很高的時候，能看到微米級的時候，覺得晶粒小的微米數量是非常小的了，而且這個時候材料的力學性能特別好。人們習慣把這種小尺度晶粒叫微晶。然而科學總是發展的，有一天人們發現如果晶粒度再小呢，材料性能變得不可思議了，什麼量子效應，隧道效應，超延展性等等很多小尺寸效應都出來了，這就是現在很熱的，熱得不得了的納米，晶粒度在1nm-100nm之間的晶粒我們叫納米晶。

准晶
准晶體的發現，是20世紀80年代晶體學研究中的一次突破。這是我們做電鏡的人的功勞。1984年底，D.Shechtman等人宣布，他們在急冷凝固的Al Mn合金中發現了具有五重旋轉對稱但並無平移周期性的合金相，在晶體學及相關的學術界引起了很大的震動。不久，這種無平移同期性但有位置序的晶體就被稱為准晶體。後來，郭先生一看，哇，我們這里有很多這種東西啊，抓緊分析，馬上寫文章，那段金屬固體原子像的APL,PRL多的不得了，基本上是這方面的內容。准晶因此也被D.Shechtman稱為「中國像」。
一般晶體不會有五次對稱，只有1，2，3，4，6次旋轉對稱。所以看到衍射斑點是五次對稱的，10對稱的啊，其他什麼的，可能就是准晶。

孿晶
英文叫twinning，孿晶其實是金屬塑性變形里的一個重要概念。孿生與滑移是兩種基本的形變機制。從微觀上看，晶體原子排列沿某一特定面鏡像對稱。那個面叫孿晶面。很多教科書有介紹。一般面心立方結構的金屬材料，滑移系多，易發生滑移，但是特定條件下也有孿生。加上面心立方結構層錯能高，不容易出現孿晶，曾經一段能夠在面心立方里發現孿晶也可以發很好的文章。前兩年，馬恩就因為在鋁裡面發現了孿晶，在科學雜志上發了篇論文。盧柯去年也因為在納米銅里做出了很多孿晶，既提高了銅的強度，又保持了銅良好導電性（通常這是一對矛盾），也在科學雜志上發了篇論文。

單晶制備方法
單晶生長制備方法大致可以分為氣相生長、溶液生長、水熱生長、熔鹽法、熔體法。最常見的技術有提拉法、坩堝下降法、區熔法、定向凝固法等；
目前除了眾多的實際工程應用方法外，藉助於計算機和數值計算方法的發展，也誕生了不同的晶體生長數值模擬方法。特別是生產前期的分析和優化大直徑單晶時[1] ，數值計算尤為重要。
一、揮發法
原理：依靠溶液的不斷揮發，使溶液由不飽和達到飽和過飽和狀態[2] 。
條件：固體能溶解於較易揮發的有機溶劑理論上，所有溶劑都可以，但一般選擇60～120℃[2] 。
注意：不同溶劑可能培養出的單晶結構不同方法：將固體溶解於所選有機溶劑，有時可採用加熱的辦法使固體完全溶解，冷卻至室溫或者再加溶劑使之不飽和，過濾，封口，靜置培養[2] 。
二、擴散法
原理：利用二種完全互溶的沸點相差較大的有機溶劑。固體易溶於高沸點的溶劑，難溶或不溶於低沸點溶劑。在密封容器中，使低沸點溶劑揮發進入高沸點溶劑中，降低固體的溶解度，從而析出晶核，生長成單晶。液體等。一般選難揮發的溶劑，如DMF,DMSO,甘油甚至離子[2] 。
條件：固體在難揮發的溶劑中溶解度較大或者很大，在易揮發溶劑中不溶或難溶。經驗：固體在難揮發溶劑中溶解度越大越好。培養時，固體在高沸點溶劑中必須達到飽和或接近過飽和[2] 。
方法：將固體加熱溶解於高沸點溶劑，接近飽和，放置於密封容器中，密封容器中放入易揮發溶劑，密封好，靜置培養[2] 。
三、溫差法
原理：利用固體在某一有機溶劑中的溶解度，隨溫度的變化，有很大的變化，使其在高溫下達到飽和或接近飽和，然後緩慢冷卻，析出晶核，生長成單晶。一般，水，DMF,DMSO,尤其是離子液體適用此方法。條件：溶解度隨溫度變化比較大。經驗：高溫中溶解度越大越好，完全溶解。推廣：建議大家考慮使用離子液體做溶劑，尤其是對多核或者難溶性的配合物[2] 。
四、接觸法
原理：如果配合物極易由二種或二種以上的物種合成，選擇性高且所形成的配合物很難找到溶劑溶解，則可使原料緩慢接觸，在接觸處形成晶核，再長大形成單晶。一般無機合成，快反應使用此方法[2] 。
方法：1.用U形管，可採用瓊脂降低離子擴散速度。2.用直管，可做成兩頭粗中間細。3.用緩慢滴加法或稀釋溶液法（對反應不很快的體系可採用）4.緩慢升溫度（對溫度有要求的體系適用）經驗：原料的濃度盡可能的降低，可以人為的設定濃度或比例。0.1g～0.5g的溶質量即可[2] 。
五、高壓釜法
原理：利用水熱或溶劑熱，在高溫高壓下，是體系經過一個析出晶核，生長成單晶的過程，因高溫高壓條件下，可發生許多不可預料的反應。方法：將原料按組合比例放入高壓釜中，選擇好溶劑，利用溶劑的沸點選擇體系的溫度，高壓釜密封好後放入烘箱中，調好溫度，反應1～4小時均可。然後，關閉烘箱，冷至室溫，打開反應釜，觀察情況按如下過程處理：1.沒有反應——重新組合比例，調節條件，包括換溶劑，調pH值，加入新組分等。2.反應但全是粉末，且粉末什麼都不溶解，首先從粉末中挑選單晶或晶體，若不成，A：改變條件，換配體或加入新的鹽，如季銨鹽，羧酸鹽等；B:破壞性實驗，設法使其反應變成新物質。3.部分固體，部分在溶液中:首先通過顏色或條件變化推斷兩部分的大致組分，是否相同組成，固體挑單晶，溶液揮發培養單晶，若組成不同固體按1或2的方法處理。4.全部為溶液——旋蒸得到固體，將固體提純,將主要組成純化，再根據特點接上述四種單晶培養方法培養單晶[2] 。

單晶和多晶區別
單晶硅和多晶硅的區別是，當熔融的單質硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如在力學性質、電學性質等方面，多晶硅均不如單晶硅。多晶硅可作為拉制單晶硅的原料。單晶硅可算得上是世界上最純凈的物質了，一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上。大規模集成電路的要求更高，硅的純度必須達到九個9。目前，人們已經能製造出純度為十二個9的單晶硅。單晶硅是電子計算機、自動控制系統等現代科學技術中不可缺少的基本材料[3] 。
多晶硅的生產工藝主要由高純石英（經高溫焦碳還原）→工業硅（酸洗）→硅粉（加HCL）→SiHCL3（經過粗餾精餾）→高純SiHCL3（和H2反應CVD工藝）→高純多晶硅[3] 。

市場優勢
統計數據顯示，2013年全球單晶裝機約8.5-9GW，佔全球光伏裝機的22%-23%，相比2012年佔比基本維持平穩。但是，如果不考慮中國市場主要使用多晶拉低了整體水平的因素，則單晶佔比超過30%，相比2012年25%左右的水平明顯提升。
日本和美國是支撐去年單晶需求的兩大主要市場。在日本，受益於高電價補貼政策，2013年光伏裝機大幅增長，全年裝機7.5GW，同比增長204%。其中，單晶裝機2.48GW，同比增長130.43%。美國方面，2013年實現裝機4.75GW，同比增長41.02%，單晶約占總裝機量的31%。
業內人士介紹，在分布式光伏發電上，使用單晶的優勢十分突出。「比如建相同功率的電站，單晶使用的電池片更少，這就降低了安裝、調試、配件等非組件成本。所以在非組件成本占整體電站成本比例高的地方，一般會選用單晶。比如日本，非組件成本比中國高兩倍，所以電站建造過程中主要目的是降低非組件成本，而不是組件成本。」上述電站投資人表示。
此外，由於分布式光伏電站都是建立在面積有限的屋頂，在單位面積上能夠發出更多的電將直接決定屋頂電站的收益，因此在單位面積上效率更高的單晶電池將更具有吸引力。
隨著去年國家有關分布式光伏發電上網補貼價格正式落地，分布式光伏發電的發展驟然升溫。
今年1月，國家能源局公布今年國內光伏新增裝機目標為14GW，其中分布式光伏電站為8GW、地面電站6GW，正式宣告我國分布式光伏發電應用的大規模啟動。
吳新雄日前在嘉興分布式光伏會議上表示，年初已將2014年新增備案規模下達到各地區，各地方要加大執行力度，力爭全年光伏發電新增並網容量達到13GW以上。
與此同時，今年政府持續出台了多項政策支持分布式光伏的發展，尤其是近期國家能源局發布的《關於進一步落實分布式光伏發電有關政策的通知》，將有望帶動國內分布式光伏發電的快速發展。
國內光伏終端市場主要以西部地區大型地面電站為主，存在大規模開發就地消納困難和電力長距離輸送損耗較高等問題，而中、東部地區發展分布式光伏發電，易於就地消納，且網購電價高、度電補貼需求低，應用推廣的經濟性更高，因此，大力推進分布式光伏發電是拓展國內光伏市場的有效途徑。

單晶數值模擬
工程背景：
1、提拉法[4]
2、定向凝固法[5]
3、區熔法[6]
涉及到的問題：
1、傳熱、傳質、湍流、熱輻射等[7] ；
2、准穩態、動態問題；
3、存在急劇擴散、粘性、輻射、熱邊界層問題；
4、缺陷預測等[8] ；
數學模型：
熱流和摻雜物的輸運由動量守恆、能量守恆和質量守恆方程描述。
提拉法數值模擬

7. 多晶硅和單晶硅的區別，各有什麼優勢劣勢，怎麼製取

硅的製取順序是：二氧化硅礦石--〉工業硅--〉多晶硅--〉單晶硅。單晶硅是用多晶硅經單晶爐拉制而成的，也有用區熔法製取單晶硅的。但是區熔單晶硅的位錯密度較大。所以半導體器件多用拉制的單晶硅作原始材料。
注意，多晶硅不是用單晶硅製取的。

8. 單晶硅，多晶硅生產流程。

其實現在多晶硅生產方法有好幾種的，給你附一張最主流的改良西門法生產多晶硅的流程（推薦一個論壇：海川化工論壇 http://bbs.hcbbs.com）： 1 、 氫氣制備與凈化工序
在電解槽內經電解脫鹽水製得氫氣。電解製得的氫氣經過冷卻、分離液體後，進入除氧器，在催化劑的作用下，氫氣中的微量氧氣與氫氣反應生成水而被除去。除氧後的氫氣通過一組吸附乾燥器而被乾燥。凈化乾燥後的氫氣送入氫氣貯罐，然後送往氯化氫合成、三氯氫硅氫還原、四氯化硅氫化工序。
電解製得的氧氣經冷卻、分離液體後，送入氧氣貯罐。出氧氣貯罐的氧氣送去裝瓶。
氣液分離器排放廢吸附劑、氫氣脫氧器有廢脫氧催化劑排放、乾燥器有廢吸附劑排放，均供貨商回收再利用。
2、氯化氫合成工序
從氫氣制備與凈化工序來的氫氣和從合成氣干法分離工序返回的循環氫氣分別進入本工序氫氣緩沖罐並在罐內混合。出氫氣緩沖罐的氫氣引入氯化氫合成爐底部的燃燒槍。從液氯汽化工序來的氯氣經氯氣緩沖罐，也引入氯化氫合成爐的底部的燃燒槍。氫氣與氯氣的混合氣體在燃燒槍出口被點燃，經燃燒反應生成氯化氫氣體。出合成爐的氯化氫氣體流經空氣冷卻器、水冷卻器、深冷卻器、霧沫分離器後，被送往三氯氫硅合成工序。
為保證安全，本裝置設置有一套主要由兩台氯化氫降膜吸收器和兩套鹽酸循環槽、鹽酸循環泵組成的氯化氫氣體吸收系統，可用水吸收因裝置負荷調整或緊急泄放而排出的氯化氫氣體。該系統保持連續運轉，可隨時接收並吸收裝置排出的氯化氫氣體。
為保證安全，本工序設置一套主要由廢氣處理塔、鹼液循環槽、鹼液循環泵和鹼液循環冷卻器組成的含氯廢氣處理系統。必要時，氯氣緩沖罐及管道內的氯氣可以送入廢氣處理塔內，用氫氧化鈉水溶液洗滌除去。該廢氣處理系統保持連續運轉，以保證可以隨時接收並處理含氯氣體。
3、三氯氫硅合成工序
原料硅粉經吊運，通過硅粉下料斗而被卸入硅粉接收料斗。硅粉從接收料斗放入下方的中間料斗，經用熱氯化氫氣置換料斗內的氣體並升壓至與下方料斗壓力平衡後，硅粉被放入下方的硅粉供應料斗。供應料斗內的硅粉用安裝於料斗底部的星型供料機送入三氯氫硅合成爐進料管。
從氯化氫合成工序來的氯化氫氣，與從循環氯化氫緩沖罐送來的循環氯化氫氣混合後，引入三氯氫硅合成爐進料管，將從硅粉供應料斗供入管內的硅粉挾帶並輸送，從底部進入三氯氫硅合成爐。
在三氯氫硅合成爐內，硅粉與氯化氫氣體形成沸騰床並發生反應，生成三氯氫硅，同時生成四氯化硅、二氯二氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷、氫氣等產物，此混合氣體被稱作三氯氫硅合成氣。反應大量放熱。合成爐外壁設置有水夾套，通過夾套內水帶走熱量維持爐壁的溫度。
出合成爐頂部挾帶有硅粉的合成氣，經三級旋風除塵器組成的干法除塵系統除去部分硅粉後，送入濕法除塵系統，被四氯化硅液體洗滌，氣體中的部分細小硅塵被洗下；洗滌同時，通入濕氫氣與氣體接觸，氣體所含部分金屬氧化物發生水解而被除去。除去了硅粉而被凈化的混合氣體送往合成氣干法分離工序。
4、合成氣干法分離工序
從三氯氫硅氫合成工序來的合成氣在此工序被分離成氯硅烷液體、氫氣和氯化氫氣體，分別循環回裝置使用。
三氯氫硅合成氣流經混合氣緩沖罐，然後進入噴淋洗滌塔，被塔頂流下的低溫氯硅烷液體洗滌。氣體中的大部份氯硅烷被冷凝並混入洗滌液中。出塔底的氯硅烷用泵增壓，大部分經冷凍降溫後循環回塔頂用於氣體的洗滌，多餘部份的氯硅烷送入氯化氫解析塔。
出噴淋洗滌塔塔頂除去了大部分氯硅烷的氣體，用混合氣壓縮機壓縮並經冷凍降溫後，送入氯化氫吸收塔，被從氯化氫解析塔底部送來的經冷凍降溫的氯硅烷液體洗滌，氣體中絕大部分的氯化氫被氯硅烷吸收，氣體中殘留的大部分氯硅烷也被洗滌冷凝下來。出塔頂的氣體為含有微量氯化氫和氯硅烷的氫氣，經一組變溫變壓吸附器進一步除去氯化氫和氯硅烷後，得到高純度的氫氣。氫氣流經氫氣緩沖罐，然後返回氯化氫合成工序參與合成氯化氫的反應。吸附器再生廢氣含有氫氣、氯化氫和氯硅烷，送往廢氣處理工序進行處理。
出氯化氫吸收塔底溶解有氯化氫氣體的氯硅烷經加熱後，與從噴淋洗滌塔底來的多餘的氯硅烷匯合，然後送入氯化氫解析塔中部，通過減壓蒸餾操作，在塔頂得到提純的氯化氫氣體。出塔氯化氫氣體流經氯化氫緩沖罐，然後送至設置於三氯氫硅合成工序的循環氯化氫緩沖罐；塔底除去了氯化氫而得到再生的氯硅烷液體，大部分經冷卻、冷凍降溫後，送回氯化氫吸收塔用作吸收劑，多餘的氯硅烷液體（即從三氯氫硅合成氣中分離出的氯硅烷），經冷卻後送往氯硅烷貯存工序的原料氯硅烷貯槽。
5、氯硅烷分離提純工序
在三氯氫硅合成工序生成，經合成氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的原料氯硅烷貯槽；在三氯氫硅還原工序生成，經還原尾氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的還原氯硅烷貯槽；在四氯化硅氫化工序生成，經氫化氣干法分離工序分離出來的氯硅烷液體送入氯硅烷貯存工序的氫化氯硅烷貯槽。原料氯硅烷液體、還原氯硅烷液體和氫化氯硅烷液體分別用泵抽出，送入氯硅烷分離提純工序的不同精餾塔中。
6、三氯氫硅氫還原工序
經氯硅烷分離提純工序精製的三氯氫硅，送入本工序的三氯氫硅汽化器，被熱水加熱汽化；從還原尾氣干法分離工序返回的循環氫氣流經氫氣緩沖罐後，也通入汽化器內，與三氯氫硅蒸汽形成一定比例的混合氣體。
從三氯氫硅汽化器來的三氯氫硅與氫氣的混合氣體，送入還原爐內。在還原爐內通電的熾熱硅芯/硅棒的表面，三氯氫硅發生氫還原反應，生成硅沉積下來，使硅芯/硅棒的直徑逐漸變大，直至達到規定的尺寸。氫還原反應同時生成二氯二氫硅、四氯化硅、氯化氫和氫氣，與未反應的三氯氫硅和氫氣一起送出還原爐，經還原尾氣冷卻器用循環冷卻水冷卻後，直接送往還原尾氣干法分離工序。
還原爐爐筒夾套通入熱水，以移除爐內熾熱硅芯向爐筒內壁輻射的熱量，維持爐筒內壁的溫度。出爐筒夾套的高溫熱水送往熱能回收工序，經廢熱鍋爐生產水蒸汽而降溫後，循環回本工序各還原爐夾套使用。
還原爐在裝好硅芯後，開車前先用水力射流式真空泵抽真空，再用氮氣置換爐內空氣，再用氫氣置換爐內氮氣（氮氣排空），然後加熱運行，因此開車階段要向環境空氣中排放氮氣，和少量的真空泵用水（可作為清潔下水排放）；在停爐開爐階段（約5－7天1次），先用氫氣將還原爐內含有氯硅烷、氯化氫、氫氣的混合氣體壓入還原尾氣干法回收系統進行回收，然後用氮氣置換後排空，取出多晶硅產品、移出廢石墨電極、視情況進行爐內超純水洗滌，因此停爐階段將產生氮氣、廢石墨和清洗廢水。氮氣是無害氣體，因此正常情況下還原爐開、停車階段無有害氣體排放。廢石墨由原生產廠回收，清洗廢水送項目含氯化物酸鹼廢水處理系統處理。
7 、還原尾氣干法分離工序
從三氯氫硅氫還原工序來的還原尾氣經此工序被分離成氯硅烷液體、氫氣和氯化氫氣體，分別循環回裝置使用。
還原尾氣干法分離的原理和流程與三氯氫硅合成氣干法分離工序十分類似。從變溫變壓吸附器出口得到的高純度的氫氣，流經氫氣緩沖罐後，大部分返回三氯氫硅氫還原工序參與製取多晶硅的反應，多餘的氫氣送往四氯化硅氫化工序參與四氯化硅的氫化反應；吸附器再生廢氣送往廢氣處理工序進行處理；從氯化氫解析塔頂部得到提純的氯化氫氣體，送往放置於三氯氫硅合成工序的循環氯化氫緩沖罐；從氯化氫解析塔底部引出的多餘的氯硅烷液體（即從三氯氫硅氫還原尾氣中分離出的氯硅烷），送入氯硅烷貯存工序的還原氯硅烷貯槽。
8、四氯化硅氫化工序
經氯硅烷分離提純工序精製的四氯化硅，送入本工序的四氯化硅汽化器，被熱水加熱汽化。從氫氣制備與凈化工序送來的氫氣和從還原尾氣干法分離工序來的多餘氫氣在氫氣緩沖罐混合後，也通入汽化器內，與四氯化硅蒸汽形成一定比例的混合氣體。
從四氯化硅汽化器來的四氯化硅與氫氣的混合氣體，送入氫化爐內。在氫化爐內通電的熾熱電極表面附近，發生四氯化硅的氫化反應，生成三氯氫硅，同時生成氯化氫。出氫化爐的含有三氯氫硅、氯化氫和未反應的四氯化硅、氫氣的混合氣體，送往氫化氣干法分離工序。
氫化爐的爐筒夾套通入熱水，以移除爐內熾熱電極向爐筒內壁輻射的熱量，維持爐筒內壁的溫度。出爐筒夾套的高溫熱水送往熱能回收工序，經廢熱鍋爐生產水蒸汽而降溫後，循環回本工序各氫化爐夾套使用。
9、氫化氣干法分離工序
從四氯化硅氫化工序來的氫化氣經此工序被分離成氯硅烷液體、氫氣和氯化氫氣體，分別循環回裝置使用。
氫化氣干法分離的原理和流程與三氯氫硅合成氣干法分離工序十分類似。從變溫變壓吸附器出口得到的高純度氫氣，流經氫氣緩沖罐後，返回四氯化硅氫化工序參與四氯化硅的氫化反應；吸附再生的廢氣送往廢氣處理工序進行處理；從氯化氫解析塔頂部得到提純的氯化氫氣體，送往放置於三氯氫硅合成工序的循環氯化氫緩沖罐；從氯化氫解析塔底部引出的多餘的氯硅烷液體（即從氫化氣中分離出的氯硅烷），送入氯硅烷貯存工序的氫化氯硅烷貯槽。
10、氯硅烷貯存工序
本工序設置以下貯槽：100m3氯硅烷貯槽、100m3工業級三氯氫硅貯槽、100m3工業級四氯化硅貯槽、100 m3氯硅烷緊急排放槽等。
從合成氣干法分離工序、還原尾氣干法分離工序、氫化氣干法分離工序分離得到的氯硅烷液體，分別送入原料、還原、氫化氯硅烷貯槽，然後氯硅烷液體分別作為原料送至氯硅烷分離提純工序的不同精餾塔。
在氯硅烷分離提純工序3級精餾塔頂部得到的三氯氫硅、二氯二氫硅的混合液體，在4、5級精餾塔底得到的三氯氫硅液體，及在6、8、10級精餾塔底得到的三氯氫硅液體，送至工業級三氯氫硅貯槽，液體在槽內混合後作為工業級三氯氫硅產品外售。
11、硅芯制備工序
採用區熔爐拉制與切割並用的技術，加工制備還原爐初始生產時需安裝於爐內的導電硅芯。硅芯制備過程中，需要用氫氟酸和硝酸對硅芯進行腐蝕處理，再用超純水洗凈硅芯，然後對硅芯進行乾燥。酸腐蝕處理過程中會有氟化氫和氮氧化物氣體逸出至空氣中，故用風機通過罩於酸腐蝕處理槽上方的風罩抽吸含氟化氫和氮氧化物的空氣，然後將該氣體送往廢氣處理裝置進行處理，達標排放。
12、產品整理工序
在還原爐內製得的多晶硅棒被從爐內取下，切斷、破碎成塊狀的多晶硅。用氫氟酸和硝酸對塊狀多晶硅進行腐蝕處理，再用超純水洗凈多晶硅塊，然後對多晶硅塊進行乾燥。酸腐蝕處理過程中會有氟化氫和氮氧化物氣體逸出至空氣中，故用風機通過罩於酸腐蝕處理槽上方的風罩抽吸含氟化氫和氮氧化物的空氣，然後將該氣體送往廢氣處理裝置進行處理，達標排放。經檢測達到規定的質量指標的塊狀多晶硅產品送去包裝。
13、廢氣及殘液處理工序

1、含氯化氫工藝廢氣凈化
SiHCl3提純工序排放的廢氣、還原爐開停車、事故排放廢氣、氯硅烷及氯化氫儲存工序儲罐安全泄放氣、CDI吸附廢氣全部用管道送入廢氣淋洗塔洗滌。
廢氣經淋洗塔用10%NaOH連續洗滌後,出塔底洗滌液用泵送入工藝廢料處理工序，尾氣經15m高度排氣筒排放。
2、殘液處理
在精餾塔中排出的、主要含有四氯化硅和聚氯硅烷化合物的釜地殘液以及裝置停車放凈的氯硅烷殘液液體送到本工序加以處理。
需要處理的液體被送入殘液收集槽。然後用氮氣將液體壓出，送入殘液淋洗塔洗滌。採用10%NaOH鹼液進行處置。廢液中的氯硅烷與NaOH和水發生反應而被轉化成無害的物質（處理原理同含氯化氫、氯硅烷廢氣處理）。
3、酸性廢氣
硅芯制備和產品整理工序產生的酸性廢氣，經集氣罩抽吸至廢氣處理系統。酸性廢氣經噴淋塔用10%石灰乳洗滌除去氣體中的含氟廢氣，同時在洗滌液中加入還原劑氨，將絕大部分NOx還原為N2和H2O。洗滌後氣體經除濕後，再通過固體吸附法（以非貴重金屬為催化劑）將氣體中剩餘NOx用SDG吸附劑吸附，然後經20m高度排氣筒排放。
14、廢硅粉處理
來自原料硅粉加料除塵器、三氯氫硅合成車間旋風除塵器和合成反應器排放出來的硅粉，通過廢渣運料槽運送到廢渣漏斗中，進入到帶攪拌器的酸洗管內，在通過31%的鹽酸對廢硅粉（塵）脫鹼，並溶解廢硅中的鋁、鐵和鈣等雜質。洗滌完成後，經壓濾機過濾，廢渣送乾燥機乾燥，乾燥後的硅粉返回到三氯氫硅合成循環使用，廢液匯入廢氣殘液處理系統廢水一並處理。
從酸洗罐和濾液罐排放出來的含HCl廢氣送往廢氣殘液處理系統進行處理。
15 、工藝廢料處理工序
1、Ⅰ類廢液處理
來自氯化氫合成工序負荷調整、事故泄放廢氣處理廢液、停爐清洗廢水、廢氣殘液處理工序洗滌塔洗滌液和廢硅粉處理的含酸廢液在此工序進行混合、中和、沉清後，經過壓濾機過濾。濾渣（主要為SiO2）送水泥廠生產水泥。沉清液和濾液主要為為高濃度含鹽廢水，含NaCl 200 g/L以上，該部分水在工藝操作與處理中不引入鈣鎂離子和硫酸根離子，水質滿足氯鹼生產要求，因此含鹽廢水管道輸送至
2、Ⅱ類廢液處理
來自硅芯制備工序和產品整理工序的廢氫氟酸和廢硝酸及酸洗廢水，用10%石灰乳液中和、沉清後，經過壓濾機過濾，濾渣（主要為CaF2）送水泥廠生產水泥。沉清液和濾液主要為硝酸鈣溶液，經蒸發、濃縮後，做副產品外售。蒸發冷凝液回用配置鹼液。

冶金法生產多晶硅:單晶硅生產工藝流程高純多晶硅→直拉法或懸浮區熔法→棒狀單晶硅→切、磨、拋和潔凈封裝工藝→單晶矽片.

9. 單晶硅的提煉方法請問如何大量提煉單晶硅

硅是地球上儲量第二的化學元素，作為半導體材料，人們對它研究得最多、技術最成熟，而且晶硅性能穩定、無毒，因此成為太陽電池研究開發、生產和應用中的主體材料。但高純度多晶硅在我國卻十分短缺，絕大部分需要依賴進口。
高純度硅在石英中提取，以單晶硅為例，提煉要經過以下過程：石英砂一冶金級硅一提純和精煉一沉積多晶硅錠一單晶硅一矽片切割。
冶金級硅的提煉並不難。它的制備主要是在電弧爐中用碳還原石英砂而成。這樣被還原出來的硅的純度約98-99%，但半導體工業用硅還必須進行高度提純。電子級硅的雜質含量約(10^-10)%以下。