【正文】 可設(shè)氧氣排空水封，以便壓力調(diào)節(jié)裝置的正常運(yùn)行，保持氫側(cè)、氧側(cè)壓力平衡。氫氣和空氣混合物爆炸極限為 %～%(V/V)；氫氣和氧氣混合氣體爆炸極限為 %～95%(V/V) ；氫氣和氯氣混合物爆炸極限為 %～97%(V/V)。正常生產(chǎn)時(shí)，如果氯氫配比控制不當(dāng)，進(jìn)料比例控制失調(diào)或發(fā)生氫氣進(jìn)料系統(tǒng)泄漏，易引起火災(zāi)爆炸事故。反應(yīng)時(shí)要始終保持氫氣的濃度在爆炸下限 5% (相對(duì)于氯氣)以下。如果冷卻循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，反應(yīng)熱不能及時(shí)導(dǎo)出。嚴(yán)重的則導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。在開停車時(shí)，如果氫氣、氯氣管線上閥門關(guān)閉不嚴(yán)，可能造成爐內(nèi)形成爆炸性混合氣體。液氯在氣化以及生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中可能因熱應(yīng)力、腐蝕等因素而產(chǎn)生裂紋、穿孔，導(dǎo)致氯氣、氯化氫介質(zhì)滲漏造成人員中毒事故。硅粉與氯化氫在反應(yīng)爐內(nèi)生產(chǎn)三氯氫硅，同時(shí)生成四氯化硅、二氯二氫硅、金屬氯化物、聚氯硅烷、氫氣等產(chǎn)物。操作壓力約 。三氯氫硅的合成是在 280～330℃的溫度下進(jìn)行的，已經(jīng)超過(guò)了三氯氫硅的自燃點(diǎn) 175℃，在合成中如果發(fā)生了三氯氫硅泄漏，或者空氣進(jìn)入反應(yīng)器，極易引起燃燒或爆炸事故。三氯氫硅系統(tǒng)避免水和潮濕。合成爐外壁設(shè)置有水夾套，通過(guò)夾套內(nèi)水帶走熱量維持爐壁的溫度?？赡艹霈F(xiàn)局部過(guò)熱，有可能出現(xiàn)反應(yīng)失控現(xiàn)象，導(dǎo)致物料泄漏。(4) 氯硅烷分離提純工序本工序是整套裝置的核心工序，操作嚴(yán)格，產(chǎn)品純度要求極高。本工序主要涉及的物料為三氯氫硅、四氯化硅和氯化氫等。① 三氯氫硅精餾過(guò)程中的主要危險(xiǎn)在于三氯氫硅泄漏后引起的火災(zāi)爆炸和中毒事故。加熱熱水漏人設(shè)備，遇三氯氫硅劇烈反應(yīng)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故。④ 物料加熱過(guò)程中使用到蒸汽，在防護(hù)不當(dāng)?shù)那闆r下可能造成操作人員燙傷。罐體、附屬管閥因材質(zhì)或焊縫缺陷開裂，或法蘭密封損壞；操作不當(dāng)。儲(chǔ)罐區(qū)有大量的冷卻用水，泄漏的三氯氫硅遇水反應(yīng)生成大量的氯化氫，并放出大量的熱，放出的熱量很容易使三氯氫硅達(dá)到自燃點(diǎn)，從而引起燃燒爆炸事故；同時(shí)生成的 HCl，向周圍擴(kuò)散，給搶險(xiǎn)救援工作帶來(lái)困難。主要涉及的設(shè)備有還原爐。要得到高純度的硅，還原爐必須出于潔凈廠房?jī)?nèi)。同時(shí)還有氯化氫氣體泄漏引起的人員中毒事故。(7) 干法分離工序三氯氫硅合成氣干法分離系統(tǒng)、還原尾氣干法分離系統(tǒng)、氫化氣干法分離系統(tǒng)，考慮采用美國(guó) CDI 公司的工藝流程和主要設(shè)備，三個(gè)系統(tǒng)的流程和設(shè)備極為類似。整套裝置不接觸水分，把氫氣、氯氣、三氯氫硅分離再送回各自工序循環(huán)使用。(8) 四氯化硅氫化工序用西門子法生產(chǎn)多晶硅時(shí)，在氯化工序和還原工序都產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物四氯化硅，將四氯化硅轉(zhuǎn)化成三氯氫硅。該工序中主要設(shè)備有氫化爐、氫氣緩沖罐以及冷換設(shè)備等。工藝設(shè)備、管線、法蘭、閥門等發(fā)生氫氣、三氯氫硅泄漏或水進(jìn)入設(shè)備內(nèi)；遇火花等誘因，尤其是遇水發(fā)生劇烈反應(yīng)導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。事故的后果將導(dǎo)致人員傷亡、造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。⑵ 氯化氫在氯化氫合成、氯化氫緩沖罐、三氯氫硅合成、還原和合成氣過(guò)濾渣洗滌、渣液分離、合成尾氣洗滌吸收等過(guò)程的設(shè)備和管道中大量存在，在生產(chǎn)不正?；虿僮魇д`時(shí)，設(shè)備密封不好或腐蝕，會(huì)出現(xiàn)氯化氫氣體的泄漏；在氯化氫合成爐出現(xiàn)爆炸時(shí)會(huì)有大量氯氣、氯化氫氣體的泄漏，過(guò)氯操作時(shí)，氯氣將隨放空管逸出，這些因素都會(huì)造成操作崗位、周邊場(chǎng)所的人員中毒、窒息事故的發(fā)生。在三氯氫硅網(wǎng)袋過(guò)濾、空冷、冷凍冷凝、尾氣洗滌、粗品儲(chǔ)存、精餾、成品儲(chǔ)存等過(guò)程的設(shè)備、管道里大量存在三氯氫硅和四氯化硅氣體和液體，一旦這些設(shè)備、管件、管道、儀表密封處的泄漏，會(huì)導(dǎo)致這些物質(zhì)泄漏，產(chǎn)生白色有毒氯化氫煙霧，引發(fā)中毒⑷ 事故的發(fā)生。⑸ 冷凍站為三氯氫硅生產(chǎn)提供冷凍氯化鈣鹽水，所使用的是氟利昂制冷劑，雖無(wú)毒性，如果泄漏，在通風(fēng)不好的情況下，易造成人員窒息事故的發(fā)生。⑺ 尾氣處理和鹽酸輸送裝車過(guò)程中及有三氯氫硅、四氯化硅、氯化氫泄漏的場(chǎng)所，存在著氯化氫中毒的危險(xiǎn)性。 意外事故的發(fā)生及傷害 觸電傷害和機(jī)械傷害多晶硅生產(chǎn)屬高耗能裝置，裝置內(nèi)電解水、三氯氫硅還原等過(guò)程中，使用到大量的電氣設(shè)備。電氣設(shè)備危險(xiǎn)除自身故障引起的觸電、漏電、短路等事故危及人體安全外，在某些情況下還會(huì)引發(fā)其它重大危險(xiǎn)事故(如火災(zāi)、爆炸等)。生產(chǎn)環(huán)境中具有腐蝕性化學(xué)品，電氣裝置應(yīng)采取防腐蝕設(shè)計(jì)。如果電氣線路或電氣設(shè)備在設(shè)計(jì)、安裝上存在缺陷，或在運(yùn)行中，缺乏必要的檢修維護(hù)，使設(shè)備或線路存在漏電、過(guò)熱、短路、接頭松脫、斷線碰殼、絕緣老化等隱患；未采取必要的安全技術(shù)措施(如保護(hù)接零、漏電保護(hù)、安全電壓、等電位聯(lián)結(jié)等)，或安全措施失效；帶負(fù)荷拉開裸露的閘刀開關(guān)；誤操作引起短路；專業(yè)電工或機(jī)電設(shè)備操作人員的操作失誤，或違章作業(yè)等。多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備和檢修工具屬鋼制設(shè)備和工具，若機(jī)泵、壓縮機(jī)等設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部位缺少可靠的防護(hù)措施的安全防護(hù)裝置不完善或操作人員的違章作業(yè)，可化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）18能發(fā)生擠碾、絞傷、刺割等對(duì)人身的機(jī)械傷害。如果防護(hù)設(shè)施不當(dāng)；設(shè)備、管線破損會(huì)引起噴泄，操作人員接觸到熱壁的設(shè)備、管線、物料及未保溫的高溫闊門和法蘭將會(huì)被燙傷。裝置中的各類反應(yīng)器、各塔以及分餾區(qū)冷換框架等設(shè)施高度在幾米甚至幾十米，如果鋼平臺(tái)、護(hù)攔、鋼梯存在缺陷或腐蝕，人員在登梯過(guò)程中由于脫手、腳部滑脫造成滑跌、傾倒、仰翻，進(jìn)行檢查、操作或維修時(shí)，特別是在大風(fēng)天作業(yè)時(shí)，有可能發(fā)生高處墜落，造成人員傷亡。梯子、平臺(tái)和易滑倒的操作通道地面應(yīng)有防滑措施。生產(chǎn)過(guò)程中，要保310mg證除塵系統(tǒng)完好，杜絕設(shè)備泄漏，加大通風(fēng)換氣能力，保持崗位良好的通風(fēng)環(huán)境。廠房潔凈程度不夠，可能污染產(chǎn)品，使硅晶體純度達(dá)不到要求。從物理學(xué)的角度來(lái)看，有人稱之為光伏電池。最早的太陽(yáng)能電池是在 1954 年由貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的，當(dāng)時(shí)研究的動(dòng)機(jī)是希望能替偏遠(yuǎn)地區(qū)有通訊系統(tǒng)提供電源，不過(guò)由于效率太低(只有 6%)，造價(jià)太高(357 美元／瓦)，缺乏商業(yè)價(jià)值。從 1957 年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星開始至1969 年美國(guó)人登陸月球，太陽(yáng)能電池在太空飛行任務(wù)中肩負(fù)著重要的角色，其發(fā)展也達(dá)到了一個(gè)顛峰的境界。1970 年代初期，由丁中東戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)，石油禁運(yùn)，工業(yè)化國(guó)家必需的石油供應(yīng)中斷，出現(xiàn)能源危機(jī)，迫使人們不得不再度重視將太陽(yáng)能電池應(yīng)用于電力系統(tǒng)的可行性。此一發(fā)電系統(tǒng)的建立大大地緩解了籌建大型發(fā)電廠的壓力，節(jié)約了用地，也減少了對(duì)環(huán)境的破壞。 太陽(yáng)能電池原理太陽(yáng)能電池發(fā)電是基于電子一一空穴移動(dòng)原理。單晶硅是指硅原子與硅原子間按照順序規(guī)則的排列。電洞在電學(xué)中可視為一可移動(dòng)且?guī)д姷幕は诞厴I(yè)論文（設(shè)計(jì)）20載子。同理，如果在純硅之中摻入五價(jià)的雜質(zhì)原子，例如磷原子(P)，此五價(jià)的雜質(zhì)原子，將取代硅原子的位置，因?yàn)榱自泳哂形鍌€(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)價(jià)電子分別與鄰近的四個(gè)硅原子形成共價(jià)鍵，而多出一個(gè)自由電子，該電子為一帶負(fù)電的載子，因?yàn)槲鍍r(jià)的雜質(zhì)原子可提供一個(gè)自由電子，故稱此五價(jià)的雜質(zhì)原子為施體，而摻了雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為 N 型半導(dǎo)體。當(dāng)太陽(yáng)能光照射到 P—N 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體時(shí)，光子所提供的能量把半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來(lái)，產(chǎn)生電子一電洞對(duì)，電子與電洞均受內(nèi)建電位的影響，電洞往電場(chǎng)的方向移動(dòng)，而電子則與相反的方向移動(dòng)。 太陽(yáng)能電池材料太陽(yáng)能輻射光譜主要以可見(jiàn)光為中心，其分布范圍從 微米的紫外光到數(shù)微米的紅外光為主，若以光子的能量來(lái)?yè)Q算，則約在 (電子伏特)到4eV 之間，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，只有當(dāng)光子能量大干半導(dǎo)體能隙的能量時(shí)，光子才被半導(dǎo)體吸收，且被吸收的光子能量也只相當(dāng)于半導(dǎo)體能隙的能量，使半導(dǎo)體產(chǎn)生電子一電洞，而其余的能量以熱的形式散發(fā)。據(jù)測(cè)定，硅的能隙為 ，且是地球上蘊(yùn)含量居第二的元素，本身無(wú)毒性，它的氧化物既穩(wěn)定又不具水溶性，因此硅在半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展中擔(dān)負(fù)著重要的角色，具備了深厚的基礎(chǔ)，目前太陽(yáng)能電池硅仍為主要原料。硅太陽(yáng)能電池包含單晶硅、多晶硅、非晶硅，其中結(jié)晶類的單晶硅和多晶硅以其豐富的原材料和較高的轉(zhuǎn)化效率，化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）21被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)中；非晶硅在生產(chǎn)中也有應(yīng)用，但其轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性不如結(jié)晶類的硅半導(dǎo)體電池。格林(Martin Green)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在一塊 4cm 的 PERL 硅電池上利用PERL(鈍化發(fā)射極、背面點(diǎn)擴(kuò)散)使太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率高達(dá) ，達(dá)到了當(dāng)時(shí)的最高紀(jì)錄；2022 年 10 月，結(jié)晶硅類太陽(yáng)能電池單元轉(zhuǎn)換效率重新計(jì)算后修訂為 25 。 晶體硅太陽(yáng)能電池的制造工藝流程如下：⑴ 切片：采用多線切割，將硅棒切割成正方形的硅片。⑶ 制備絨面：用堿溶液(一般為 NaOH 溶液)對(duì)硅片進(jìn)行各向異性腐蝕在硅片表面制備絨面。⑷ 磷擴(kuò)散：采用涂布源(或液態(tài)源，或固態(tài)氮化磷片狀源)進(jìn)行擴(kuò)散，制成pn 結(jié)，結(jié)深一般為 ～。⑹ 去除背面 pn 結(jié)。⑺ 制作上下電極：用真空蒸鍍、化學(xué)鍍鎳或鋁漿印刷燒結(jié)等工藝，先制作下電極，然后制作上電極。⑻ 制作減反射膜：為了減少入反射損失，要在硅片表面上覆蓋一層減反射膜。工藝方法可用真空鍍膜。⑽ 燒結(jié)：將電池芯片燒結(jié)于鎳或銅的底板上。 單晶硅材料單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素晶體，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等。 單晶硅太陽(yáng)能電池是研究應(yīng)用最早的硅太陽(yáng)能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟，多用于光照時(shí)間少、光照強(qiáng)度小、勞動(dòng)力成本高的區(qū)域，如航空航天領(lǐng)域等。各種太陽(yáng)能電池提高轉(zhuǎn)換效率的速度都在不斷加快。2022 年 3 月，全球第三大光伏電池模塊制造商無(wú)錫尚德聲稱，采用 Pluto 技術(shù)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到百分之 19。2022 年 5 月，硅谷高科技公司SunPower 聯(lián)合新南威爾士大學(xué)發(fā)布了最新的 El9 系列太陽(yáng)能電池板，它能提供更高的光電轉(zhuǎn)換效率。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表。為了節(jié)省材料，人們從 20 世紀(jì) 70 年代中期就開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長(zhǎng)的硅膜晶粒太小，未能制成有價(jià)值的太陽(yáng)能電池。多晶硅太陽(yáng)能電池的制作工藝與單晶硅太陽(yáng)能電池相近，但是從制作成本上來(lái)講，比單晶硅太陽(yáng)能電池要低得多。此外，液相外延法(LPPE)和濺射沉積法也可用來(lái)制備多晶硅薄膜電池。20 世紀(jì)末多晶硅太陽(yáng)電池首次超過(guò)單晶硅太陽(yáng)電池，但是單晶硅太陽(yáng)電池產(chǎn)量并非止步不前一路下滑，而是仍然繼續(xù)發(fā)展，形成與多晶硅太陽(yáng)電池并駕齊驅(qū)各領(lǐng)風(fēng)騷的態(tài)勢(shì)。 多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面，如在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性化工系畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）23質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著甚至幾乎沒(méi)有導(dǎo)電性；在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。目前，多晶硅的生產(chǎn)工藝有多種，最常見(jiàn)的有改良西門子法和硅烷熱分解法。h/kg 降低到 800kw其顯著特點(diǎn)是加強(qiáng)尾氣回收，對(duì)尾氣加壓多級(jí)冷凝分離。多晶硅太陽(yáng)能電池占據(jù)主流，除取決于此類電池的優(yōu)異性能外，還在于其充足、廉價(jià)、無(wú)毒、無(wú)污染的硅原料來(lái)源，而近年來(lái)多晶硅成本的降低更將使多晶硅太陽(yáng)能電池大行其道。 非晶硅材料在美國(guó) RCA 實(shí)驗(yàn)室 Carlson 和 Wronski 的共同努力下，第 1 塊非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池于 1976 年問(wèn)世，從此拉開了薄膜光伏技術(shù)研究與發(fā)展的序幕。由于硅料的供應(yīng)緊缺為非晶硅太陽(yáng)能電池(又稱薄膜太陽(yáng)能電池)帶來(lái)了良好的發(fā)展機(jī)遇，轉(zhuǎn)換效能上，多晶硅因其不可改變的物理特性，其最高效能為 15%～16%；非晶硅薄膜可透過(guò)沉淀不同化學(xué)特性的物質(zhì)于不同段層，將轉(zhuǎn)換效能提升至 12%或更高，理論上最高更可達(dá) %。再者，非晶硅薄膜的轉(zhuǎn)換效能雖然只及多晶硅的 1/2，但生產(chǎn)成本亦只有多晶硅的 1/3。非晶硅薄膜只需將氣體沉淀轉(zhuǎn)化成等離子附在玻璃上即可，生產(chǎn)過(guò)程只需150℃低溫，消耗電能少，無(wú)污染，因此可以低成本大面積連續(xù)生產(chǎn)非晶硅電池。非晶硅又稱無(wú)定形硅，它是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是棕黑色或灰黑色的微晶體；不具有完整的金剛石晶胞，純度不高；熔點(diǎn)、密度和硬度也明顯低于晶體硅；化學(xué)性質(zhì)比晶體硅活潑，可由活潑金屬(如鈉、鉀等)在加熱下還原四鹵化硅，或用碳等還原劑還原二氧化硅制得。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無(wú)法得到非晶態(tài)。一般所用的主要原料是單硅烷、二硅烷、四氟化硅等，純度要求很高。采用輝光放電氣相沉積法就可得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補(bǔ)償懸掛鏈，并進(jìn)行摻雜和制作 pn 結(jié)。銅銦鎵錫化合物(CIGS)型太陽(yáng)能電池方面，模塊效率超過(guò)13%的產(chǎn)品也已亮相，這對(duì)部分結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池產(chǎn)品造成了威脅。歐瑞康太陽(yáng)能在組件性能方面一直占領(lǐng)先地位，運(yùn)用先前的非晶硅技術(shù)為基礎(chǔ)的太陽(yáng)能組件迄今為止已生產(chǎn)出了 50萬(wàn)多塊。同時(shí)對(duì)于工廠生產(chǎn)制造方面，轉(zhuǎn)換效率能力在沒(méi)有增加任何費(fèi)用的情況下提高 50%。開發(fā)太陽(yáng)能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是：提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。 太陽(yáng)能電池展望據(jù)世界能源組織(IEA)、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2020年世界光伏發(fā)電將占總電力的 10%，到 2040 年光伏發(fā)電將占全球發(fā)電量的%20，按此推算未來(lái)數(shù)十年，全球光伏產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率將高達(dá) 25%～30%。目前太陽(yáng)能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池 。晶體硅是最便捷的 PV 技術(shù)，因?yàn)榻梃b微電子領(lǐng)域的工藝技術(shù)，能夠利用晶體硅制造出穩(wěn)定而高效的太陽(yáng)能電池。雖然目前硅太陽(yáng)能電池技術(shù)很成熟且生產(chǎn)應(yīng)用很廣泛，但是晶硅類理論轉(zhuǎn)換效率極限為 29%，而現(xiàn)在的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率為 17%～19%，因此，太陽(yáng)能電池的技術(shù)上還有很大的發(fā)展空