光伏材料高纯镓生产技术研究

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摘要：对光伏材料高纯镓的规模化生产进行探究，通过对相关的技术进行分析，得出高纯镓在制备过程中的技术要点，并对其中存在的问题进行改进，以此来找寻更好地实现高纯镓规模化生产的办法。

关键词：光伏材料；高纯镓；生产技术

随着科学技术的不断进步，各种新型的材料正在不断地被应用于人们的生产生活之中。与此同时，由于环境的不断改变，人们也在逐渐对以往的技术进行改进，对各种技术不断改进实现优化，以此来达到对环境保护，以及更加良好的性能。对于人类而言，照明是人类的必需品，现在的城市很多都是彻夜通明，但是照明所要消耗的能量却很多，因此人们十分需要对照明技术进行改进，降低照明的能源消耗，所以各种光伏材料的应用面正在被不断的扩大，越来越多的生产与生活需要引进光伏材料。但是现阶段对光伏材料的生产，还并不能够满足如此巨大的需求，因此要加大对于光伏材料的规模化生产，以此来满足市场的需求，实现对照明以及各种发电技术的改良。

1制备方法的相关介绍

现阶段对于高纯镓的制备方法主要有四种，这些方法各有利弊，能够应对不同情况和实验环境下对于高纯镓的制备，这四种方法分别是电解法、定向凝固法、提拉法还有结晶法，这四种方法各有利弊，下面将对这四个方法进行逐一分析，从而为高纯镓的规模化生产提供相应的技术指导，推动高纯镓的光伏材料的全面应用[1,2]。1.1电解法。采用电解法制备高纯镓，其原理是在电解质溶液中通以直流电流,产生正负离子的迁移,正离子移向阴极,负离子移向阳极,在阳极上发生氧化反应,在阴极上发生还原反应,电解质溶液中的金属正离子在阴极被还原并沉积在阴极板上。在制备高纯镓时，要将粗镓作为阳极，阴极则使用钛板或者不锈钢板作为相应的材料，电解液最常使用的是氢氧化钠碱溶液，在各种材料都准备完成之后，就要对两个电极接入稳定的电流。采用这一方法可以将镓的纯度由2～3N提高到4～5N。电解法是常用的金属制备方法和金属提纯方法，这一方法可以有效地提高金属纯度，对于提纯设备的要求相对较低，并且操作方式十分简单，因此电解法是常用的金属提纯方法，这一方法还能够实现对金属的规模化生产，但是对于部分金属的提纯效果却不是很好，一般常用于4～5N的常用提纯，并被广泛地应用。1.2定向凝固法。定向凝固法由于提纯的纯度更高，所以一般常用于对更高纯度镓的提纯，通常将浓度更高的镓制作成籽晶，并将其置于水平舟的其中一端，随后的步骤便是30～40℃镓液直接导入到水平舟内，让镓液能够充分的浸润籽晶，然后让镓液顺着水平舟流动，由放置籽晶的一端流向另一端，并且在这一过程中安置一个环形的低温冷却区域，加快镓液的冷却；等到所有的镓液全部凝固之后，便将镓块从水平舟中取出，并将镓块远离籽晶的一端切除，余下的部分便是所要得到的高纯镓，但是要想得到纯度很高的镓，就要多次重复上述过程，利用这种方法可以很有效地提高镓的纯度，一般纯度可以达到6～8N。但是这一方法也有其不足，由于镓的熔点与室温相近，镓液就会出现过冷现象，因此提纯过程必须要在低温冷凝区域进行，并且凝固的时间也相对较长，由于对实验环境的要求很高，所以该方法很大程度上提高了成本，所以该方法不利于实现规模化生产。1.3提拉法。提拉法与定向凝固法类似，都用到了更高纯度的镓制成籽晶来用于提纯，提拉法也需要用到30～40℃镓液，与定向凝固发不同的是提拉法要将镓液放入到提拉炉中，在提拉炉的反应容器中进行下一步反应，这一方法需要将籽晶浸入到镓液之中，随后在提拉炉的作用下进行旋转提升，在这一过程中有冷凝系统和旋转系统的共同作用，从而实现镓晶体可以以籽晶为载体顺着提升的方向开始进一步的生长，在提拉炉的反复提拉之下，可以将镓做到有效提纯，其纯度水平与定向凝固法的提纯水平相当，都能够达到6～8N。这一方法虽然能够很好地提升镓的纯度，但是这一方法所用到的提拉机制造成本很高，并且产能的转化率相对较低，无形之中提高了生产的成本，由于在生产成本上并不具有优势，也就很难实现规模化的生产。1.4结晶法。与之前两种方法类似，在结晶发中还需要用到更高纯度的镓制作成籽晶，以及30～40℃纯度较低的镓液。具体过程是在结晶容器的底部放置高纯度镓制作的籽晶，然后将镓液也放入到结晶容器内部，最后通过冷凝区域向结晶器内通入冷却剂，让然后等待镓晶体以籽晶为载体开始向上生长，在多次反复之后能够实现对镓的提纯，并且纯度也能够达到6～8N。并且这项技术对设备和实验环境的要求也相对较低，只要对结晶器进行优化处理便能够实现规模化生产。

2模块式结晶器

利用结晶发实现高纯镓的规模化生产，其中最为关键的便是模块式结晶器，模块式结晶器的好坏，直接联系到镓的提纯效果以及对产能和成本的控制。主要构成是结晶容器以及水浴循环、镓液控温、空气净化几个系统，下面将对模块式结晶器的各个部分进行介绍[3]。2.1结构组成。结晶容器是有非金属材料制成，并且有着很高的纯度，其内部有镓液容器、水浴夹层、进出水口和籽晶放置器组成。水浴循环系统的工作原理是利用了纯水作为热传递介质，通过控制水的温度来实现对镓的状态控制，这一模块是关键部分能够直接影响提纯效率和提纯速度。控温系统则是利用红外加热器和自动控温装置，来实现对结晶容器温度的控制，保证镓液的温度能够呈现出温度梯度，促进结晶的进行。最后空气净化系统是为了净化生产环境，为镓的纯度提供保障，防止由于生产环境的影响而出现纯度降低，这一系统要时刻保证生产环境达到千级的洁净度。2.2提纯过程。第一步是进行利用高纯度的镓进行籽晶的制作，并将其安装在放置器上；第二步是将镓液注入，并启动水浴循环系统，实现对温度的精准控制，并对水流量进行准确的控制，保证冷却效果；第三启动温控系统，实现对温度的精准控制，同时开启空气净化单元，对生产环境进行净化，最后剩余一定量的尾液，抽走尾液便得到了镓晶体，重复整个环节多次，便能够得到纯度很高的镓晶体。

3结语

利用模块式结晶器进行镓的提纯，可以实现对光伏材料高纯镓的规模化生产，但是在进行生产的过程之中，需要对各个生产过程进行有效控制，并对相关技术不断的研究与改进。

参考文献

[1]吴广杰，于金凤，朱刘.光伏材料高纯镓的规模化生产研究[J].广东化工，2018（16）：120.

[2]杨波.CuSbS_2和CuSbSe_2薄膜性质及光伏应用研究[D].武汉:华中科技大学，2017.

[3]陈荣荣.溶胶—凝胶法制备CZTS薄膜太阳电池及其光伏性能的研究[D].保定：河北大学，2017.

作者:张适阔 单位:江西现代职业技术学院