多晶硅纯度的表示方法

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学到了张大侠分享的分析检测方面的知识，谢谢1

学到了张大侠分享的分析检测方面的知识，谢谢啊！

楼主分析的相当到位

对于同一个材料来说，ppmw和ppma是有一定的对应关系的，其比值与硅原子和杂质原子的原子量的比值相同。这个 ...
wei8jun 发表于 2011-4-4 10:58

                                
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好啊，我是搞工艺的，学到了不少分析的知识！给力！

太阳能电池，所需要的多晶硅到底要多纯，这个问题是困扰各个多晶硅厂家的问题。有人说7N，有人说6N ，有人说5N 就可以。其实，这些说法可能都不错。
首先，要对材料的定义术语来一个约定。通常我们说6N ，或5N ，理论上，应当是指用100减去硅中所含有的所有杂质的浓度的百分比数目所得到的“9”的个数。例如，如果所有杂质浓度加起来为10ppm，也就是0.001%，那么100减后，为99.999%，我们称之为5个9，或者5N， N 代表英文的nine，就是“九”的意思。
所以，5N，指的是百分数里小数点前后的所有的“9”的个数，而不是小数点后的“9”的个数。
上面的定义虽然严格，但是，要将硅中的所有元素（109个）全部检测一遍，谈何容易。目前在 ppm级的精度，测试元素含量比较普遍的仪器是ICP-AES（电感耦合等离子体发射光谱仪），或ICP-MS（电感耦合等离子体质谱仪），也有采用GDMS（辉光放电质谱仪）的，这些仪器如果分开测量的话，一共可以测量到60~70个元素，但一次能够测量的元素通常只有20~30个。通常人们会选取硅中比较常见的，含量较多的元素来测量，而其它的元素，虽然没有测，但通常都处于探测极限之下了，即便有也是很微量的，因此，测不测，其实结果是差不多的。
还需要说明的是，以ppm（百万分之一）表示杂质的含量时，还有ppmw和ppma的分别。ppmw指的是按重量（质量）计算的浓度，如B 是2ppmw，即指在每克硅中有2微克硼；而ppma则指的是原子密度计算的浓度，即每百万个硅原子有几个杂质原子。对于同一个材料来说，ppmw和ppma是有一定的对应关系的，其比值与硅原子和杂质原子的原子量的比值相同。例如，硅的原子量为28，而硼的原子量为11，如果硼的浓度为2ppmw，则对应的ppma的值就是：2*28/11= 5.1ppma。通常，ICP-AES，ICP-MS，GDMS给出的是ppmw的值，而FTIR 等光谱仪给出的是ppma的值。本文中给出的 ppm如果不加说明的话，都是指ppmw。
此外，人们发现，硅中有些元素，例如C，O，N，H 等非金属元素，当其它的杂质的纯度到了一定的程度后，自然会降低到一定的程度，例如小于10ppm ，这时，这些元素对于硅作为太阳能电池的性能如转换效率已经不会有不良的影响（有分析表明，C、O各在20ppma以下，都不会使电池片产生明显的衰减现象，也不会对电池片的转换效率有影响，但笔者认为此结果有待商榷），因此，只要这些元素的含量不会过大，通常就不需要将这些元素的含量从总的含量中减去了。
因此，现在人们为了省事，通常就用100减去使用常规的ICP 等仪器所测量出来的二三十个元素得到的数值来代表所测量的硅材料的纯度。这表示方法虽然不是十分严谨，但与理论上的定义也区别不大。另外，这个方法不考虑如C、N、O、H等无害元素，当这些杂质的含量没有大到足以影响光电转换效率的时候，还可以把这些无关的元素屏除，可以使这些杂质含量指标更好地与电池的性能对应，因此，目前，是广泛为人们所接受的表示法。
而对于金属硅，由于其中最大量的元素是铁、铝和钙，因此，通常就用100减去这三种杂质的含量之和的值来宣称是多少个九了。比如，含铁600ppm，铝300ppm, 钙100ppm，那么这三种杂质含量之和为1000ppm，也就是0.1%，那么用100%减去后，得到99.9%，也就可以说，该金属硅是3N的。这个表示法，虽然不严格，与目前国内对金属硅的规格等级的定义也能对应得上。
除了整数的N 外，还有小数的。例如，说5.5N，指的是纯度为99.9995%，而5.2N，指的是纯度为99.9992%。因此，这种叫法可以很直观而便捷地给出硅料的纯度，尽管不太规范，但却可以很明确地表示纯度的方法，也不妨约定俗成，推广使用。