导　　师： 梁宗存

学科专业： H0702

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 中国科学院广州能源研究所

摘　　要： 在传统能源资源日益面临枯竭的今天，太阳能光伏发电作为一种新型可再生能源日益凸显其重要性，并将在未来新能源领域占据主导地位。近年来，太阳能光伏产业均以超过30％的速度飞速发展，而作为制备太阳能电池的主要原料太阳能级硅材料因其制备和提纯技术的壁垒却满足不了光伏产业发展的需求，甚至于阻碍了光伏产业的发展，成为限制整个光伏产业发展的瓶颈。因此，研发低成本的高纯多晶硅制备和提纯的技术已经成为光伏学界科研工作者的当务之急。
　　 本篇论文针对当前半导体行业生产过程中留下来的废弃电子级硅芯片进行回收处理，以期有效去除废弃硅芯片表面的金属掺杂层和介质层，回收高纯硅料，从而在一定程度上补充供不应求的太阳能级硅材料。
　　 在对废弃硅芯片处理的过程中，我们主要采用机械喷砂和化学腐蚀两种处理方法。机械喷砂是利用喷枪将白刚玉或绿碳化硅砂粒(粒径约为20μM)在一定的空气压力下尽可能均匀地喷到硅片表面，以除去表面金属杂质层，从而回收纯度较高的硅片。化学腐蚀方法就是利用适当配比的混合酸溶液(HF、HNO3和CH3COOH)在一定的时间内将废弃硅芯片表面的金属杂质层和介质层腐蚀干净，从而获得纯度较高的硅片。
　　 由于各样品的表面介质层厚度不同，从15μM到95μM不等，故在一定的压力下，各样品所需要喷砂的时间也就不同。通过扫描电镜(SEM)测试和能谱分析(EDS)可知：通常在3.5KGF/CM2的空气压力下，喷砂3分钟后几乎所有的样品表面介质层均已除去。喷砂过后的样品通过杂质元素痕量分析(ICP-OES)和电阻率等电学性质方面的测试可知：除部分样品杂质原子浓度在1015～1016/CM3之间以外，，其余样品的杂质原子浓度均在1018～1019/CM3之间，为接近重掺杂P型硅片，需要作进一步的处理才可以满足太阳能级硅材料的需要。
　　 在化学腐蚀过程中，本文采用1：7：5的HF、HNO3、CH3COOH混合酸溶液对各样品硅片进行了腐蚀试验。混合酸溶液腐蚀处理后的各样品经过相应扫描电镜测试和能谱分析，结果发现在30分钟之内，几乎所有样品表面的金属杂质层都已经被腐蚀除尽，至于杂质元素痕量分析以及电学性质方面的测试和分析与喷砂处理后的样品测试结果基本吻合。
　　 实验证明，通过机械喷砂和化学腐蚀两种回收处理废弃电子硅芯片的方法都是切实可行的。机械喷砂适宜于样品尺寸比较大的废弃硅片，而对于样品尺寸比较小的废弃碎片或者颗粒则适宜于采用化学腐蚀的方法。为了有效地且低成本地回收高纯硅材料，必要时还可以将两种方法综合加以利用。
　　 实验过程中笔者还考虑到进一步处理在回收处理过程中产生的废弃污染物，以免造成环境污染。同时也对自动喷砂设备的设计提出了进一步改进和完善的建议。

关 键 词： 太阳能级硅材料 废弃电子级硅芯片 机械喷砂 化学腐蚀 光伏发电 回收处理

分 类 号： [X705 TN304.12]

领　　域： [环境科学与工程] [电子电信]