Penggilingan Silikon Kemurnian Tinggi

In this case study, we explore the use of MPE’s precision particle size reduction equipment for grinding silicon granules into seed for Fluidized Bed Reactors (FBRs). This process is key to producing an extremely pure silicon at a fraction of the energy when compared to other refining methods.

Gran-U-Lizer yang direkayasa MPE dengan gulungan keramik khusus dan permukaan kontak produk non-ferrous yang digunakan untuk proses pengurangan ukuran silikon unggul dalam penggunaannya karena dua alasan:

1. Ini mengukur butiran silikon menjadi distribusi ukuran partikel sempit (dengan kisaran 200-450 μm) ideal untuk biji silikon; ini adalah salah satu variabel penting untuk mempertahankan proses FBR yang berkelanjutan.
2. Ini menjaga kemurnian aliran produk. Teknologi pengurangan ukuran normal akan memberikan tingkat kontaminan besi yang tidak dapat diterima dan/atau unsur non-silikon lainnya. Gran-U-Lizers MPE memberikan kontaminan yang jauh lebih sedikit daripada teknologi pengurangan ukuran lainnya. Perbedaan ini diterjemahkan menjadi silikon dengan kemurnian yang lebih tinggi, yang menghasilkan lebih banyak profitabilitas bagi pabrikan.

Process Flow of Converting Silica to End Products, and Where MPE Fits in It

Silika yang tidak dimurnikan (biasanya kuarsa) pertama kali diproses menjadi Metalurgi Grade Silicon (MG-Si). Kemudian MG-Si diolah menjadi gas Silane. Kemudian Fluidized Bed Reactors (FBR), dengan bantuan granulizer MPE, menggabungkan gas Silane, biji silikon, dan hidrogen untuk menghasilkan potongan silikon ultra-murni. Kepingan silikon kemudian dilebur menjadi batangan dan dipotong menjadi wafer. Chip ini berakhir di banyak produk seperti sel surya, sensor kamera, dan chip komputer.

What are FBRs?

FBR adalah teknologi pemurnian yang relatif lebih baru yang mengubah gas Silane (SiH₄) dan biji silikon (Si) menjadi 99,9999% butiran silikon murni (atau lebih besar). Produsen kemudian melebur butiran silikon yang dikeluarkan dari proses FBR menjadi batangan. Produsen chip komputer, CPU, sensor gambar, dan sel fotovoltaik memotong batangan ini menjadi wafer untuk membuat produk mereka.

FBR adalah alternatif yang menjanjikan untuk metode Siemens (juga disebut sebagai proses Siemens), teknologi manufaktur yang jauh lebih umum untuk memproduksi silikon halus untuk membuat batangan. Metode Siemens adalah teknologi yang relatif matang, sedangkan FBR baru saja digunakan dalam skala besar.

Salah satu faktor kunci yang membedakan kedua teknologi ini adalah penggunaan energinya. Metode Siemens mengkonsumsi energi dalam jumlah besar, dan dengan demikian fasilitas semacam ini hanya menguntungkan jika listrik berlimpah dan murah. FBR sebaliknya menggunakan energi 90% lebih sedikit untuk menghasilkan jumlah silikon yang sama dibandingkan dengan metode Siemens. Konsumsi listrik yang lebih rendah berarti bahwa FBR dapat dioperasikan secara menguntungkan di banyak negara dan wilayah yang tidak akan menguntungkan untuk beroperasi. Selain itu, FBR juga menghasilkan banyak manfaat lingkungan.

Why would producers choose the Siemens method over FBRs?

FBR sulit diskalakan dan dioperasikan. Insinyur pabrik baru-baru ini mulai mengatasi tantangan penskalaan FBR, yang mengandalkan dinamika fluida yang terjadi dalam proses berkelanjutan —bukan proses batch seperti dalam metode Siemens. Karena teknologi FBR baru saja siap dipasarkan dan membutuhkan investasi di muka yang besar, pada saat artikel ini diterbitkan, FBR hanya menyumbang 5% dari produksi silikon.

The Silicon market and importance of purity

Bagian dari keberhasilan (yaitu, profitabilitas) penyulingan adalah kemampuan mereka untuk menghasilkan kemurnian silikon yang tinggi, jika bukan hanya kemurnian setinggi mungkin. Silikon dengan kemurnian lebih tinggi, misalnya, dapat digunakan untuk sel surya dengan efisiensi yang lebih besar, menghasilkan output listrik dan masa pakai produk yang lebih besar.

Kegunaan umum silikon halus berdasarkan kemurnian adalah:

• Silikon polikristalin umumnya memiliki kemurnian minimal “6N” (istilah industri karena enam digit: 99,9999%). Ini biasanya digunakan dalam sel PV, dan dengan demikian juga dapat disebut sebagai silikon kelas surya (Si_SG).
• Silikon monokristalin (juga disebut sebagai silikon kristal tunggal) membutuhkan kisaran dari 9N hingga 11N. Ini juga biasa digunakan dalam sel PV (yang memiliki efisiensi lebih tinggi [yaitu, output listrik] dan yang umumnya bertahan lebih lama). Nilai tertinggi seperti 11N, juga digunakan untuk membuat semikonduktor.

FBR mampu membuat silikon murni hingga 11N. Namun, semakin murni silikon yang dihasilkan, semakin penting kontaminasi dijaga seminimal mungkin (misalnya, bagian rendah per miliar) selama pemrosesan biji silikon. Pengurangan ukuran partikel presisi, di mana MPE adalah pemimpin dunia terkemuka, sangat penting untuk dinamika fluida di dalam FBR. Salah satu cara membayangkan bagian dalam FBR adalah menciptakan lingkungan di mana padatan (biji silikon) dan gas (hidrogen dan silane) bergerak bersama seperti cairan. Oleh karena itu, pengurangan ukuran partikel presisi biji silikon harus dilakukan secara akurat, dengan kontaminasi sesedikit mungkin, dan pada tingkat skala industri untuk mengoperasikan FBR dengan sukses.

How FBRs Work, and MPE’s Significance Behind FBRs

FBR bekerja dengan memompa gas silane dan hidrogen ke dalam ruang bersama dengan bahan biji silikon kecil yang sangat murni. Di dalam FBR, silane terurai, atom silikon mengendap ke benih, dan hasilnya adalah butiran silikon yang sangat murni (hingga 11N) yang lebih besar.

Butiran silikon yang lebih besar keluar dari FBR di bagian bawah. Sebagian besar butiran ini dibawa ke proses peleburan. Namun sejumlah kecil butiran silikon dialihkan dari aliran produk untuk menjadi biji silikon lagi dengan menggunakan MPE Gran-U-Lizer. Prosesnya jauh lebih hemat energi dibandingkan dengan metode pemurnian lainnya, seperti metode Siemens. Manfaat FBR direalisasikan dengan beberapa cara; Lebih banyak wilayah di dunia mampu mengoperasikan pabrik pemurnian silikon, menurunkan biaya produk pengguna akhir berbasis silikon seperti sel surya dan semikonduktor, dan lebih sedikit eksternalitas lingkungan.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang peralatan pengurangan ukuran partikel kami yang direkayasa untuk silikon, hubungi +1-773-254-3929 atau email solution@mpechicago.com.