光伏太陽能電池生產(chǎn)過程中的污染問題

李志彬

摘 要：太陽能晶硅電池片生產(chǎn)工序多、工藝復雜且涉及硝酸、氫氟酸、鹽酸、硫酸、異丙醇、松油醇等多種化學品，生產(chǎn)過程產(chǎn)生氟化物、氮氧化物、HCl、Cl2、硫酸霧、NH3、非甲烷總烴等多種大氣污染物，通過分析各類大氣污染物的來源、成分、初始濃度等污染特征，按照技術成熟、經(jīng)濟合理、達標排放等大氣污染物控制原則，對生產(chǎn)中產(chǎn)生的各類廢氣設計了相應的處理措施，凈化后的外排廢氣可滿足國家相關排放標準要求。

關鍵詞：多晶硅電池片；廢氣；措施

1 多晶硅電池片生產(chǎn)工藝簡述

太陽能電池片生產(chǎn)工藝通常包括硅片清洗、制絨、堿洗、酸洗、磷擴散、邊緣刻蝕、等離子化學氣相沉積（PECVD）、絲網(wǎng)印刷干燒結、檢測包裝等工序，簡述如下：

（1）超聲波清洗。去除硅片上的污物，把硅片放入超聲波清洗器中清洗，如進廠前已經(jīng)清洗過，可直接進入制絨工序。

（2）制絨。太陽能電池片采用硝酸、氫氟酸、異丙醇等制絨，與硅片反應生成H2SiF6和NOX。反應方程式：Si+2HNO3+6HF→H2SiF6+NO2↑+3H2O+NO↑+H2↑。此工序產(chǎn)生含HF、NOX、H2、非甲烷總烴的廢氣。

（3）制絨后清洗：多晶硅太陽能電池制絨后采用純水噴淋清洗。

（4）堿洗：多晶硅太陽能電池制絨清洗后，再采用KOH進行堿洗。

（5）堿洗后清洗：堿洗后采用純水進行噴淋清洗。

（6）擴散前酸洗：堿洗后采用10%～20%的HCl進行酸洗，此工序產(chǎn)生含HCl廢氣。

（7）酸洗后水洗：酸洗后多晶硅太陽能電池采用純水噴淋方式（8）擴散前酸洗：HCl清洗后采用10-20%的HF進行酸洗，此工序產(chǎn)生HF廢氣。

（9）酸洗后水洗：酸洗后多晶硅太陽能電池采用純水噴淋方式進行清洗。

（10）磷擴散：磷擴散是在硅片表層摻入純雜質原子的過程，工藝采用液態(tài)擴散源。過程反應為：C2H3Cl3+2O2→3HCl↑+2CO2↑。該工序將產(chǎn)生含HCl、Cl2的酸性廢氣。

（11）邊緣刻蝕：利用HNO3、HF和硫酸的混合溶液對硅片邊緣進行腐蝕，去除硅片邊緣的PN結，具體的反應式為：Si+HNO3+HF→H2SiF6+NO2↑+H2O+NO↑+H2↑。

此工序產(chǎn)生含HF、NOX、硫酸霧的酸性廢氣。

（12）刻蝕后清洗：刻蝕后采用純水進行清洗。

（13）堿洗：刻蝕后采用NaOH進行清洗，以去除表面的H2SiF6。

（14）清洗：堿洗后采用純水進行清洗。

（15）去PSG：該工序是對刻蝕后硅片上的污物及在擴散中產(chǎn)生的SiO2用HF和HCl清洗的方法進行清除。該工序產(chǎn)生含氫氟酸和HCl的廢氣。

（16）清洗：去PSG后采用純水進行清洗和吹干。

（17）等離子化學氣相沉積（PECVD）

PECVD被用來在硅片上沉積氮化硅材料，將硅片裝在石墨舟上，通過化學反應產(chǎn)生氮化硅。典型化學反應為：3SiH4+4NH3→Si3N4+12H2↑。該工序產(chǎn)生含CF4、SiF4、SiH4、NH3及H2的堿性廢氣。

（18）絲網(wǎng)印刷干燒結。通過絲網(wǎng)印刷機將銀漿、鋁漿及松油醇調配成導電材料印刷在硅片上，作為太陽電池導電的主要通道；烘干后再經(jīng)過高溫（電加熱）燒結成合金。該工序產(chǎn)生有機廢氣。

（19）分類檢測。成品入庫前使用檢測系統(tǒng)對產(chǎn)品進行檢測，將產(chǎn)品分等級包裝入庫待售。

2 太陽能電池生產(chǎn)廢氣

太陽能電池生產(chǎn)中廢氣污染物分析如下：

（1）酸性廢氣。主要來自制絨和去磷硅玻璃工序產(chǎn)生的HF、NOX等酸性氣態(tài)污染物。

（2）擴散廢氣。擴散工序產(chǎn)生的廢氣主要是Cl2。

（3）刻蝕廢氣?？涛g廢氣中的污染物主要為HF、CO2和少量的SiO2。

（4）PECVD廢氣。PECVD廢氣主要為未發(fā)生反應的SiH4、NH3和反應生成的H2。

（5）印刷廢氣和燒結廢氣。印刷和燒結工序廢氣主要是由于漿料中的有機溶劑等物質揮發(fā)的有機氣態(tài)物質，有機物的產(chǎn)生情況與漿料的成分、含量等因素密切相關。

3 廢氣處理設施

太陽能電池生產(chǎn)項目配套了3套廢氣治理設施，分別為：

3.1酸霧凈化塔

酸霧凈化塔主要處理酸性廢氣、擴散廢氣和刻蝕廢氣。

處理工藝：廢氣從廢氣洗滌塔底部水平穿過廢氣洗滌塔內(nèi)的填料，堿液經(jīng)噴淋系統(tǒng)從廢氣洗滌塔上方噴灑而下，與廢氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應，從而達到凈化效果。為達到最佳吸收效率，堿液的pH值保持在9左右。自動加藥系統(tǒng)可實時檢測廢氣洗滌塔內(nèi)中和液的pH值，根據(jù)實際檢測值與設定值的關系來驅動計量泵，從而實現(xiàn)自動加藥功能。

3.2硅烷燃燒塔

硅烷燃燒塔主要處理PECVD廢氣。

處理工藝：PECVD廢氣通過管道進入硅烷燃燒塔的硅烷燃燒室，同時通入一定量的壓縮空氣。硅烷在常溫空氣中即可自燃，硅烷燃燒后的溫度約500℃～600℃可引起氫氣燃燒。因此，在燃燒塔的硅烷燃燒筒內(nèi)，硅烷和氫氣首先被燃燒處理，燃燒反應方程式為：

燃燒后的廢氣經(jīng)由重力沉降室，大部分燃燒生成的SiO2等粉塵經(jīng)過沉降，廢氣流速降低再進入硅烷燃燒塔的氨氣洗滌塔。氨氣洗滌塔中裝有填料，塔頂噴灑的酸性洗滌水。氨氣被酸液化學吸收，一般可能保證氨氣80%以上的去除率。

燃燒筒中廢氣燃燒產(chǎn)生的SiO2粉塵從底部的排渣口排出。為保證填料塔的去除效率，洗滌液定期更換，更換后的廢水進污水處理設施進行處理。

3.3活性炭吸附塔

活性炭吸附塔主要處理印刷廢氣和燒結廢氣?；钚蕴课剿?nèi)裝填活性炭，目前采用活性炭吸附裝置是處理有機廢氣常用的方法，其優(yōu)點是設備較簡單，處理效率高，能達到90%以上的去除效率。其原理是利用活性炭纖維表面發(fā)達的微孔結構和活性炭本身的表面作用力，將廢氣中的物質吸附?；钚蕴课窖b置最大的特點在于能在符合經(jīng)濟條件的操作范圍內(nèi)，幾乎可完全去除氣流中的有機成分，直至活性炭吸附容量達到飽和為止。

4 結語

太陽能電池做為一個綠色無污染的新型產(chǎn)品，現(xiàn)應廣泛應用于各個行業(yè)。由于其綠色無污染的特點，受到社會各界的廣泛推廣，擁有良好的前景。受市場引導，生產(chǎn)企業(yè)也層出不窮。如何在生產(chǎn)工程中，如何回收利用生產(chǎn)污水，達到減少污水排放，節(jié)約水資源的目的，正是本文所探討的問題。

參考文獻

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（作者單位：英利能源（中國）有限公司）