由于太陽能安全可靠、成本低、無污染,所以其需求正不斷上升;而且因為電能成本不斷增加,與傳統能源相比,太陽能的成本更具有競爭力。太陽能取之不盡,用之不竭,將主宰未來的整個能源結構。
利用太陽能電池將太陽能直接轉換為電能的技術稱為光伏發電技術(PV)。多塊電池串聯在一起,并封裝在玻璃板(圖3)內形成一個模塊電池。由于全世界對太陽能的需求不斷上升,近幾年也逐步擴大了太陽能電池和光伏組件的生產。自從1954年第一個太陽能電池問世以來,正以平均每年40%的速度增長。全世界太陽能電池的生產主要集中在美國(50%)、日本(24%)和德國(18%),但是近年來其它國家已經計劃或者正在新建很多工廠。太陽級多晶硅光伏電池的原材料是硅(Si),過去主要來源于硅的次品和廢品,是在多晶硅的提純或者在鑄錠和晶片制造過程中生產出來的;但是所謂的“太陽級”硅的需求有別于半導體用硅的需求。一方面,太陽級多晶硅的純度沒有必要達到半導體級那么高;但是因為產能巨大必須保證質量穩定。因此,需要進行過程分析,主要是過程氣相色譜儀,以監控生產過程,確保純度要求,并優化多晶硅生產,提高產品質量和產品產量。西門子是享譽世界的過程分析儀和解決方案提供商。在多晶硅領域擁有豐富的經驗,可對工藝過程控制和優化提供最佳的解決方案。
西門子解決方案
在線過程分析
通常而言,離線的實驗室氣相色譜儀用于這個應用,需要將樣品取到實驗室,不可避免造成樣品與空氣接觸受到污染,而且由于較長的取樣間隔導致分析結果的滯后。西門子過程分析儀器具有長期可靠的氯硅烷應用的經驗,而且設計了一套解決方案,這套解決方案以過程氣相色譜儀為基礎,使用了MAXUMII在線色譜儀和特定的樣品預處理系統。連續采樣連續分析,整個采樣分析過程在密閉的系統中完成,這樣就不需要斷開和連上取樣鋼瓶,樣品不會在大氣中暴露,即避免了污染風險,又大大增加了采樣頻率。西門子已經安裝了超過100套這種針對在線氯硅烷分析儀系統。
專業的分析方法和特殊的MAXUMII配置
MAXUMIIPGC由于模塊化設計以及分析配置方面具有很高的靈活性而著稱。要在多晶硅工藝中實現不同的測量任務,就要使用MAXUMII的不同功能:
空氣浴柱箱,帶防腐蝕吹掃
恒溫柱箱或者程序升溫
根據反應和性能特別選擇的分離色譜柱類型
對載氣進行的特殊的機械式和化學式干燥
對吹掃氣進行的干燥
使用特殊的進樣和柱切技術(無閥切換,參見下文)
使用不同類型的檢測器
使用抗腐蝕性物質和特殊的密封組件
特殊的樣品預處理裝置
基于豐富的安裝經驗,樣品預處理系統考慮了以下因素:
高度防泄漏設計
所有接觸樣品的部件(例如,管道、閥、壓力調節器和流量計)的材料都是抗腐蝕性物質
使用特殊的密封組件和裝配技術
專門針對維護和更換標氣瓶等附加的管道吹掃步驟的設計
額外用干燥的吹掃氣吹掃機箱和分析小屋
硬件表面防腐蝕
無閥切換
對于使用高分辨率的毛細管柱的色譜儀來說,MAXUMII同時提供了無閥柱切,從而為少量的樣品提供了高性能的柱切和長期穩定性及可靠性。無閥柱切可以進行反吹、中心切割,或者分配到兩個不同的色譜柱中,而不需要任何切換閥,或者沒有和樣品直接接觸的運動部件。無閥切換是由壓差(壓差由精準的電子壓力控制器控制)通過一個獨特的模塊(圖4)實現的。由于無閥柱切具有零死體積的特征,所以非常適用于帶毛細管柱的低流速系統。這就降低了柱切裝置的維護頻率,提高了分離能力并簡化了復雜的分離過程。反吹技術的分析時間非常短,特別是和實驗室GC操作相比。
痕量分析
對痕量雜質的分析非常重要,可以確保太陽級多晶硅(99.99%或者99.999%)的質量,特別是硼和磷這種非常重要的雜質。通常ppb級別的痕量組分,例如甲基二氯硅烷(MeHSiCl2)不能使用傳統的檢測器如TCD和FID來分析。
西門子的解決方案是用脈沖放電氦離子檢測器(PDHID,VICI提供,用在MAXUMII)來檢測,這個檢測器可以檢測有機和無機組分。在相應的分離條件下,PDHID的靈敏度比FID或者TCD好至少1個數量級。
交鑰匙的測量解決方案
這個解決方案是在多年硅烷分析經驗的基礎上提出的。從樣品提取、樣品預處理到分析儀和安裝結構,所有部分都是一個緊密聯系的測量系統。
連續測量
不同于實驗室的間斷采樣分析,沒有人為因素影響,可長時間保持分析數據的重復性和穩定性。
準確、快速、可靠的測量
經過全世界無數安裝實例驗證的特殊的樣品預處理系統
所有接觸樣品的部件的材料都是非腐蝕性物質
無閥柱切和高靈敏度的檢測器,所以分析性能很高(圖6)
直接的過程控制能力
通過閉環控制實現過程優化
通過流路切換和自動標定,實現樣品預處理裝置的自動控制
現場安裝
MAXUMII經過認證,可以用于危險區(ATEX,CSA,NEC,NEPSI)
MAXUMII適用于室溫-18oC~+50oC。不需要帶門的分析小屋,機柜就足夠。
MAXUMII安裝在靠近取樣點的位置:縮
先進的控制和通訊能力
直接與DCS連接
整合到通訊網絡中(Modbus,以太網TCP/IP)
遠程訪問和維護
通過集線器和網關易于與其它分析儀組網
與SIMATICScalance組件兼容
客戶利益
通過使用過程分析儀,可以降低成本,增加產出
使用在線測量的數據可以進行過程控制和優化
有效提高開工水平,確保產品質量穩定
實時監控工藝過程,確保安全生產
短了管道長度,所以降低了安裝成本;快速回路短,所以分析很快。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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