RU2797969C1 - Method for electrolytic production of microsized silicon films from molten salts - Google Patents
Method for electrolytic production of microsized silicon films from molten salts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797969C1 RU2797969C1 RU2022116249A RU2022116249A RU2797969C1 RU 2797969 C1 RU2797969 C1 RU 2797969C1 RU 2022116249 A RU2022116249 A RU 2022116249A RU 2022116249 A RU2022116249 A RU 2022116249A RU 2797969 C1 RU2797969 C1 RU 2797969C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- melt
- electrolysis
- microsized
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам электролитического получения кремния из расплавленных солей.The invention relates to methods for the electrolytic production of silicon from molten salts.
Кремний применяется в электронной и металлургической отраслях промышленности, а также находит все большее применение в возобновляемой энергетике для изготовления устройств преобразования и накопления энергии. В частности, кремний и материалы на его основе могут быть использованы в литий-ионных источниках тока и фотоэлектрических элементах с улучшенными энергетическими характеристиками. Для вышеперечисленных устройств представляют интерес сплошные осадки высокочистого кремния с контролируемым содержанием микропримесей, которые могут быть получены при электролизе расплавленных солей. В отличие от реализованного в промышленности способа электролитическое получение кремния из расплавленных солей характеризуется относительно низкой температурой, простотой исполнения и возможностью управления составом микропримесей и морфологией получаемых осадков кремния: от сплошных микроразмерных пленок до нано- и микроразмерных волокон, игл и трубок. Необходимыми условиями осуществления способов электролитического получения чистого кремния являются чистота расплавленных солей, используемых в качестве электролита, химическая устойчивость конструкционных материалов реактора по отношению к солям и возможность отделения остатков соли от полученного осадка кремния по окончании электролиза. Морфология осадков кремния, наряду с составом электролита, определяется параметрами электролиза.Silicon is used in the electronics and metallurgical industries, and is also increasingly used in renewable energy for the manufacture of energy conversion and storage devices. In particular, silicon and materials based on it can be used in lithium-ion current sources and photovoltaic cells with improved energy characteristics. For the above devices, solid deposits of high-purity silicon with a controlled content of microimpurities, which can be obtained by electrolysis of molten salts, are of interest. In contrast to the method implemented in industry, the electrolytic production of silicon from molten salts is characterized by a relatively low temperature, ease of execution, and the ability to control the composition of microimpurities and the morphology of the resulting silicon deposits: from continuous microsized films to nano- and microsized fibers, needles and tubes. The necessary conditions for the implementation of methods for the electrolytic production of pure silicon are the purity of the molten salts used as an electrolyte, the chemical stability of the structural materials of the reactor with respect to salts, and the possibility of separating salt residues from the resulting silicon precipitate at the end of electrolysis. The morphology of silicon deposits, along with the electrolyte composition, is determined by the electrolysis parameters.
Известен электролитический способ получения микроразмерных пленок кремния из расплавленных солей, включающий электролиз расплава CaCl2-CaO-SiO2 при температуре 850°C и катодной плотности тока до 50 мА/см2 с использованием графитового катода в инертной атмосфере [Toward cost-effective manufacturing of silicon solar cells: Electrodeposition of high-quality Si films in a CaCl2-based molten salt / X. Yang, L. Ji, X. Zou, T. Lim, J. Zhao, E.T. Yu, and A.J. Bard // Angewandte Chemie. – 2017. – Vol. 129. – P. 15274-15278]. В зависимости от катодной плотности тока и длительности электролиза известным способом могут быть получены пленки кремния толщиной от 7 до 37 мкм. Преимуществами способа являются относительно низкая стоимость компонентов расплава и высокая растворимость хлорида кальция (CaCl2) в воде, что позволит отделить осадок от остатков электролита после электролиза. Более того, известный способ может быть реализован для получения микроразмерных пленок кремния с добавками In, Al, Sb для обеспечения p- или n-проводимости кремния [Catalyst-mediated doping in electrochemical growth of solar silicon / S.K. Cho, T. Lim // Electrochimica Acta. – 2021. – Vol. 367. – P. 137472]. Недостатками способа являются относительно высокая температура, нестабильность состава электроактивных ионов в расплавленном электролите, а также присутствие в нем оксидов, что приведет к неизбежному появлению кислорода в объеме осадка кремния.Known electrolytic method for producing microsized silicon films from molten salts, including electrolysis of the CaCl 2 -CaO-SiO 2 melt at a temperature of 850°C and a cathode current density of up to 50 mA/cm 2 using a graphite cathode in an inert atmosphere [Toward cost-effective manufacturing of silicon solar cells: Electrodeposition of high-quality Si films in a CaCl 2 -based molten salt / X. Yang, L. Ji, X. Zou, T. Lim, J. Zhao, ET Yu, and AJ Bard // Angewandte Chemie . - 2017. - Vol. 129. - P. 15274-15278]. Depending on the cathode current density and the duration of electrolysis, silicon films with a thickness of 7 to 37 μm can be obtained in a known manner. The advantages of the method are the relatively low cost of the melt components and the high solubility of calcium chloride (CaCl 2 ) in water, which will allow the precipitate to be separated from electrolyte residues after electrolysis. Moreover, the known method can be implemented to obtain microsized silicon films with additives In, Al, Sb to provide p - or n -conductivity of silicon [Catalyst-mediated doping in electrochemical growth of solar silicon / SK Cho, T. Lim // Electrochimica acta. - 2021. - Vol. 367. – P. 137472]. The disadvantages of this method are the relatively high temperature, the instability of the composition of electroactive ions in the molten electrolyte, and the presence of oxides in it, which will lead to the inevitable appearance of oxygen in the volume of the silicon deposit.
Известен электролитический способ получения микроразмерных пленок кремния из расплавленных солей, включающий электролиз расплава KF-KCl-KI-K2SiF6 при температуре 725°C и катодной плотности тока до 50 мА/см2 с использованием стеклоуглеродного и вольфрамового катода в инертной атмосфере [Electrodeposition of thin silicon films from the KF-KCl-KI-K2SiF6 melt / M.V. Laptev, A.V. Isakov, O.V. Grishenkova, A.S. Vorob'ev, A.O. Khudorozhkova, L.A. Akashev, Yu.P. Zaikov // Journal of The Electrochemical Society. – 2020. – V. 167. – P. 042506]. Известным способом могут быть получены пленки кремния толщиной 0.6 мкм, в том числе, допированные Al [Electrodeposition of aluminum-doped thin silicon films from a KF-KCl-KI-K2SiF6-AlF3 melt / M.V. Laptev, A.O. Khudorozhkova, A.V. Isakov, O.V. Grishenkova, S.I. Zhuk, Yu.P. Zaikov // Journal of Serbian Chemical Society. – 2021. – Vol. 86. – P. 1075-1087]. Преимуществами способа являются относительно низкая температура, доступность компонентов расплава и их высокая растворимость в воде. Недостатками способа являются низкая термическая устойчивость кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и присутствие в нем химически агрессивного фторида калия (KF). В совокупности эти недостатки осложняют поддержание концентрации кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и управление морфологией осадка, приводят к коррозии конструкционных материалов электролизера и появлению в расплаве нежелательных примесей.Known electrolytic method for producing microsized silicon films from molten salts, including electrolysis of the melt KF-KCl-KI-K 2 SiF 6 at a temperature of 725°C and a cathode current density of up to 50 mA/cm 2 using a glassy carbon and tungsten cathode in an inert atmosphere [Electrodeposition of thin silicon films from the KF-KCl-KI-K 2 SiF 6 melt / MV Laptev, AV Isakov, OV Grishenkova, AS Vorob'ev, AO Khudorozhkova, LA Akashev, Yu.P. Zaikov // Journal of The Electrochemical Society. – 2020. – V. 167. – P. 042506]. Silicon films with a thickness of 0.6 μm can be obtained by a known method, including those doped with Al Isakov, OV Grishenkova, SI Zhuk, Yu.P. Zaikov // Journal of Serbian Chemical Society. - 2021. - Vol. 86. – P. 1075-1087]. The advantages of the method are the relatively low temperature, the availability of melt components and their high solubility in water. The disadvantages of this method are the low thermal stability of silicon-containing electroactive ions in the melt and the presence of chemically aggressive potassium fluoride (KF). Taken together, these shortcomings complicate the maintenance of the concentration of silicon-containing electroactive ions in the melt and the control of the deposit morphology, lead to corrosion of the structural materials of the cell and the appearance of undesirable impurities in the melt.
Известен также электролитический способ получения микроразмерных пленок кремния из расплавленных солей, включающий электролиз расплава KF-KCl с добавками в качестве источника кремния K2SiF6 или SiCl4 при температуре 800°C и катодной плотности тока от 50 до 100 мА/см2 с использованием графитового катода в инертной атмосфере [Silicon electrodeposition in a water-soluble KF-KCl molten salt: Properties of Si films on graphite substrates / K. Yasuda, T. Kato, Yu. Norikawa, T. Nohira // Journal of The Electrochemical Society. – 2021. – V. 168. – P. 112502]. В зависимости от источника кремния в расплаве, концентрации кремнийсодержащих электроактивных ионов и катодной плотности тока показана возможность получения сплошных пленок кремния на графитовом катоде толщиной от 20 до 50 мкм. Несмотря на простоту отделения осадка кремния от остатков электролита, способ характеризуется такими недостатками, как относительно высокая температура, низкая термическая устойчивость кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и присутствие в нем химически агрессивного фторида калия (KF). В случае использования в качестве источника кремния SiCl4 для осуществления способа потребуется также усложнение конструкции электролизера и применение дополнительных мер по обеспечению безопасности. Как и в вышеизложенном способе эти недостатки осложняют поддержание концентрации кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и управление морфологией осадка, приводят к коррозии конструкционных материалов электролизера и появлению в расплаве нежелательных примесей.There is also known an electrolytic method for obtaining microsized silicon films from molten salts, including electrolysis of a KF-KCl melt with additives as a source of silicon K 2 SiF 6 or SiCl 4 at a temperature of 800 ° C and a cathode current density of 50 to 100 mA / cm 2 using graphite cathode in an inert atmosphere [Silicon electrodeposition in a water-soluble KF-KCl molten salt: Properties of Si films on graphite substrates / K. Yasuda, T. Kato, Yu. Norikawa, T. Nohira // Journal of The Electrochemical Society. – 2021. – V. 168. – P. 112502]. Depending on the source of silicon in the melt, the concentration of silicon-containing electroactive ions, and the cathode current density, the possibility of obtaining continuous silicon films on a graphite cathode with a thickness of 20 to 50 μm is shown. Despite the simplicity of separating the silicon precipitate from electrolyte residues, the method is characterized by such disadvantages as a relatively high temperature, low thermal stability of silicon-containing electroactive ions in the melt, and the presence of chemically aggressive potassium fluoride (KF). In the case of using SiCl 4 as a source of silicon, the implementation of the method will also require complicating the design of the cell and applying additional safety measures. As in the above method, these drawbacks complicate the maintenance of the concentration of silicon-containing electroactive ions in the melt and the control of the precipitate morphology, lead to corrosion of the structural materials of the cell and the appearance of undesirable impurities in the melt.
Из вышеприведенного анализа уровня техники можно сделать заключение, основными проблемами известных электролитических способов получения микроразмерных пленок кремния являются низкая термическая устойчивость кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и повышенная химическая агрессивность используемых расплавов, затрудняющие контролируемое электроосаждение кремния заданной морфологии и приводящие к коррозии конструкционных материалов реактора, а также появлению примесей в расплаве и в получаемом кремнии.From the above analysis of the state of the art, it can be concluded that the main problems of the known electrolytic methods for obtaining microsized silicon films are the low thermal stability of silicon-containing electroactive ions in the melt and the increased chemical aggressiveness of the melts used, which make it difficult to control the electrodeposition of silicon of a given morphology and lead to corrosion of the structural materials of the reactor, as well as the appearance of impurities in the melt and in the resulting silicon.
Для решения данных проблем предлагается электролитический способ получения микроразмерных пленок кремния из расплавленных солей, включающий электролиз галогенидного расплава из смеси солей, содержащей (мас.%):To solve these problems, an electrolytic method is proposed for obtaining microsized silicon films from molten salts, including the electrolysis of a halide melt from a mixture of salts containing (wt.%):
0-30 – хлорида лития (LiCl);0-30 - lithium chloride (LiCl);
5-20 – хлорида калия (KCl);5-20 - potassium chloride (KCl);
45-90 – хлорида цезия (CsCl);45-90 - cesium chloride (CsCl);
1-5 – гексафторсиликата калия (K2SiF6),1-5 - potassium hexafluorosilicate (K 2 SiF 6 ),
при этом электролиз расплава ведут в инертной атмосфере при температуре от 400 до 550°C с периодическим реверсом тока с анодного на катодный, в ходе которого величина импульса анодного тока составляет от 5 до 45 мА/см2 при длительности от 1 до 30 с, а величина импульса катодного тока составляет от 3 до 30 мА/см2 при длительности от 60 до 3600 с.while the electrolysis of the melt is carried out in an inert atmosphere at a temperature of 400 to 550°C with a periodic current reversal from the anode to the cathode, during which the magnitude of the anode current pulse is from 5 to 45 mA/cm 2 with a duration of 1 to 30 s, and the magnitude of the cathode current pulse is from 3 to 30 mA/cm 2 with a duration of 60 to 3600 s.
Сущность способа заключается в следующем. Для электролитического получения кремния используют расплав LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6, вышеуказанное соотношение компонентов в котором позволяет вести электролиз в диапазоне температур от 400 до 550°C (температура термического разложения K2SiF6 составляет 520-525°C). Понижение температуры электролиза в сравнении с известными способами способствует повышению термической устойчивости кремнийсодержащих электроактивных ионов в расплаве и поддержанию их концентрации на постоянном уровне. При этом комплексообразующая способность расплава для усвоения K2SiF6 обеспечивается за счет введения в состав хлорида цезия (CsCl). При этом увеличение содержания CsCl за счёт уменьшения содержания хлорида лития ведет к увеличению устойчивости кремнийсодержащих комплексов. В свою очередь, исключение из состава расплава таких солей как KF, NaF и LiF снижает химическую агрессивность расплава по отношению к конструкционным материалам реактора.The essence of the method is as follows. For the electrolytic production of silicon, a LiCl-KCl-CsCl-K 2 SiF 6 melt is used, the above ratio of components in which allows electrolysis in the temperature range from 400 to 550°C (the thermal decomposition temperature of K 2 SiF 6 is 520-525°C). Lowering the electrolysis temperature in comparison with known methods helps to increase the thermal stability of silicon-containing electroactive ions in the melt and maintain their concentration at a constant level. In this case, the complexing ability of the melt for the assimilation of K 2 SiF 6 is provided by introducing cesium chloride (CsCl) into the composition. In this case, an increase in the content of CsCl due to a decrease in the content of lithium chloride leads to an increase in the stability of silicon-containing complexes. In turn, the exclusion of salts such as KF, NaF, and LiF from the composition of the melt reduces the chemical aggressiveness of the melt with respect to the structural materials of the reactor.
Для обеспечения максимально возможной чистоты получаемого кремния исходные хлориды подвергают очистке методом зонной перекристаллизации, а K2SiF6 – гидрофторированию.To ensure the highest possible purity of the resulting silicon, the initial chlorides are purified by zone recrystallization, and K 2 SiF 6 is hydrofluorinated.
Экспериментальным путем было показано, что при электролизе расплава LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6 в диапазоне температур от 400 до 550°C при потенциале катода от -0.1 до -0.4 В относительно кремниевого квазиэлектрода сравнения и катодной плотности тока до 50 мА/см2 на катоде происходит электроосаждение кремния преимущественно в виде волокон и дендритов разного размера, а на кремниевом аноде – растворение кремния. Для электроосаждения кремния в виде сплошных микроразмерных пленок предлагается вести электролиз в реверсном режиме, а именно, с периодическим наложением анодного импульса на рабочий электрод. Это будет способствовать частичному растворению вершин зародышей кремния и сглаживанию границы роста осадка, а также десорбции вероятных примесей с рабочей поверхности катода. It has been experimentally shown that during the electrolysis of a LiCl-KCl-CsCl-K 2 SiF 6 melt in the temperature range from 400 to 550°C at a cathode potential of -0.1 to -0.4 V relative to a silicon quasi-reference electrode and a cathode current density of up to 50 mA/ cm 2 on the cathode, silicon is electrodeposited mainly in the form of fibers and dendrites of different sizes, and silicon is dissolved on the silicon anode. For the electrodeposition of silicon in the form of continuous microsized films, it is proposed to carry out electrolysis in the reverse mode, namely, with periodic superimposition of an anode pulse on the working electrode. This will contribute to the partial dissolution of the tops of the silicon nuclei and smoothing of the deposit growth boundary, as well as desorption of probable impurities from the working surface of the cathode.
Электролиз расплава LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6 ведут в инертной атмосфере при температуре от 400 до 550°C с периодическим реверсом тока с анодного на катодный, в ходе которого величина импульса анодного тока составляет от 5 до 45 мА/см2 при длительности от 1 до 30 с, а величина импульса катодного тока составляет от 3 до 30 мА/см2 при длительности от 60 до 3600 с. The electrolysis of the LiCl-KCl-CsCl-K 2 SiF 6 melt is carried out in an inert atmosphere at a temperature of 400 to 550°C with a periodic reversal of the current from the anode to the cathode, during which the magnitude of the anode current pulse is from 5 to 45 mA/cm 2 at duration from 1 to 30 s, and the magnitude of the cathode current pulse is from 3 to 30 mA/cm 2 with a duration of 60 to 3600 s.
Указанные диапазоны значений длительности и величины импульса анодного и катодного тока зависят от температуры, материала рабочего электрода и состава расплава. В целом они должны обеспечивать эффективность процесса. При этом максимальные значения длительности и величины импульса анодного тока подбираются эмпирически по принципу исключения растворения осадка, образующегося на катоде. Максимальные значения длительности и величины импульса катодного тока подбираются также эмпирически с учетом кинетики разряда кремнийсодержащих электроактивных ионов из исследуемых расплавов при конкретных параметрах, а также с учетом желаемой толщины электроосаждаемой пленки кремния. The indicated ranges of the duration and magnitude of the anode and cathode current pulses depend on the temperature, the material of the working electrode, and the composition of the melt. In general, they should ensure the efficiency of the process. In this case, the maximum values of the duration and magnitude of the anode current pulse are selected empirically according to the principle of eliminating the dissolution of the precipitate formed on the cathode. The maximum duration and magnitude of the cathode current pulse are also selected empirically, taking into account the kinetics of the discharge of silicon-containing electroactive ions from the melts under study at specific parameters, as well as taking into account the desired thickness of the electrodeposited silicon film.
Технический результат заключается в том, что благодаря выбранному расплаву и режиму его электролиза могут быть получены микроразмерные пленки кремния. В свою очередь состав расплава и температура позволят снизить энергозатраты, повысить чистоту кремния, снизить коррозию и увеличить срок эксплуатации конструкционных материалов реактора для осуществления способа.The technical result lies in the fact that due to the selected melt and the mode of its electrolysis, microsized silicon films can be obtained. In turn, the composition of the melt and the temperature will reduce energy consumption, increase the purity of silicon, reduce corrosion and increase the life of the structural materials of the reactor for the implementation of the method.
Заявляемый способ иллюстрируется Фигурами, где на Фигуре 1 приведена таблица параметров и результатов экспериментальной апробации способа, на Фигуре 2 приведена фотография полученной микроразмерной пленки кремния, а на Фигуре 3 – микрофотография типичного участка поверхности данной пленки.The claimed method is illustrated by Figures, where Figure 1 shows a table of parameters and results of experimental testing of the method, Figure 2 shows a photograph of the obtained microsized silicon film, and Figure 3 shows a micrograph of a typical surface area of this film.
Экспериментальную апробацию способа выполняли в лабораторном электролизере в герметичном перчаточном боксе с атмосферой аргона. Электролизер представлял собой кварцевую реторту, на дне которой размещали стеклоуглеродный тигель (СУ-2000) с предварительно приготовленной смесью солей KCl, CsCl, LiCl и K2SiF6 квалификации «х.ч.» и «осч» (Реахим, Россия). Кварцевую реторту сверху закрывали фторопластовой крышкой со штуцерами для крепления электродов, контрольной термопары и пробоотборника, после чего размещали в стальной шахте бокса, нагреваемой печью сопротивления с внешней стороны. Температуру в печи сопротивления задавали и поддерживали в пределах ±2°С при помощи терморегулятора «Варта ТП 703». Температуру расплава контролировали периодическим погружением в расплав термопары К-типа, которая подключена к компьютеру при помощи модуля USB-TC01 (National Instruments, США). После достижения рабочей температуры в расплав погружали электроды и вели электролиз.Experimental testing of the method was carried out in a laboratory cell in a sealed glove box with an argon atmosphere. The electrolyzer was a quartz retort, at the bottom of which was placed a glassy carbon crucible (SU-2000) with a pre-prepared mixture of KCl, CsCl, LiCl and K 2 SiF 6 salts of chemically pure grade. and "osch" (Reakhim, Russia). The top of the quartz retort was covered with a fluoroplastic lid with fittings for attaching electrodes, a control thermocouple, and a sampler, after which it was placed in a steel shaft of a box heated by a resistance furnace from the outside. The temperature in the resistance furnace was set and maintained within ±2°C using a Varta TP 703 thermostat. The melt temperature was controlled by periodically immersing a K-type thermocouple in the melt, which was connected to a computer using a USB-TC01 module (National Instruments, USA). After reaching the operating temperature, electrodes were immersed in the melt and electrolysis was carried out.
В качестве рабочего электрода для электроосаждения кремния использовали стеклоуглеродные пластины (СУ-2000), а в качестве противоэлектрода и квазиэлектрода сравнения - кремний (КР-00). Для подачи импульса катодного или анодного тока на рабочий электрод использовали потенциостат/гальваностат AutoLab PGSTAT 302n (Metrohm, Нидерланды), программное обеспечение (Nova 2.1.5) которого позволяет организовать электролиз с периодическим реверсом тока с анодного на катодный.Glassy carbon plates (SU-2000) were used as the working electrode for silicon electrodeposition, and silicon (KR-00) was used as the counter and quasi reference electrode. An AutoLab PGSTAT 302n potentiostat/galvanostat (Metrohm, Netherlands) was used to apply a cathode or anode current pulse to the working electrode;
После окончания электролиза рабочий электрод поднимали над расплавом и выдерживали в течение получаса, после чего извлекали из электролизера, выносили из герметичного бокса и многократно промывали в дистиллированной воде. After the end of electrolysis, the working electrode was raised above the melt and kept for half an hour, after which it was removed from the electrolyzer, taken out of the sealed box, and repeatedly washed in distilled water.
Анализ полученных пленок осуществляли методами сканирующей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа с использованием сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega 4 (Tescan, Чехия) с системой EDX Oxford Xplore 30 (Oxford, Великобритания). Толщину получаемых пленок кремния оценивали на основании данных сканирующей электронной микроскопии, в том числе, после получения поперечных срезов осадка путем их ионного травления на установке SC-2100 SEMPrep (Technoorg Linda Co. Ltd., Венгрия).The obtained films were analyzed by scanning electron microscopy and X-ray microanalysis using a
Для определения диапазона параметров электролиза расплавов LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6, позволяющих получать микроразмерные пленки кремния, были проведены серии экспериментов при варьировании состава расплава, величины и длительности импульса анодного и катодного тока. To determine the range of parameters for the electrolysis of LiCl-KCl-CsCl-K 2 SiF 6 melts, which make it possible to obtain microsized silicon films, a series of experiments were carried out with varying the composition of the melt, the magnitude and duration of the anodic and cathodic current pulses.
На фигуре 1 в таблице приведены параметры и результаты экспериментальной апробации способа для случая электролиза расплава (мас.%) 8,27LiCl-9,3KCl-77,43CsCl-5K2SiF6 при температуре 530°С. Видно, что при варьировании параметров (величина и длительность импульсов катодного и анодного тока) на стеклоуглеродном электроде осаждались пленки кремния, толщина которых в среднем составила от 3 до 6 мкм. Типичная фотография полученной пленки кремния приведена на фигуре 2, а микрофотография участка ее поверхности – на фигуре 3. Подобные микроразмерные пленки кремния могут быть получены при изменении состава расплава, температуры, длительности и величины импульсов анодного и катодного тока в указанных диапазонах.The figure 1 in the table shows the parameters and results of experimental testing of the method for the case of electrolysis of the melt (wt.%) 8,27LiCl-9,3KCl-77,43CsCl-5K 2 SiF 6 at a temperature of 530°C. It can be seen that when varying the parameters (the magnitude and duration of the cathode and anode current pulses), silicon films were deposited on the glassy carbon electrode, the average thickness of which was from 3 to 6 μm. A typical photograph of the obtained silicon film is shown in figure 2, and a microphotograph of a portion of its surface is shown in figure 3. Similar microsized silicon films can be obtained by changing the composition of the melt, temperature, duration, and magnitude of the anode and cathode current pulses in the indicated ranges.
Таким образом, совокупность заявленных признаков способа позволяет получать сплошные микроразмерные пленки кремния при снижении температуры электроосаждения и уменьшении химической агрессивности расплава за счет понижения содержания фторидов в расплаве.Thus, the totality of the claimed features of the method makes it possible to obtain continuous microsized silicon films with a decrease in the electrodeposition temperature and a decrease in the chemical aggressiveness of the melt due to a decrease in the fluoride content in the melt.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797969C1 true RU2797969C1 (en) | 2023-06-13 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2427526C1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Method for obtaining silicon nano- and microfibres by electrolysis of silicon dioxide from molten salts |
| RU2491374C1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Electrochemical method of obtaining continuous layers of silicon |
| CN110565107A (en) * | 2019-09-27 | 2019-12-13 | 东北大学 | method and device for regulating and controlling electrochemical deposition silicon preferred orientation growth in high-temperature molten salt |
| WO2022001037A1 (en) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 上海大学 | Method for preparing monocrystalline silicon material by means of high-temperature electrodeposition of molten salt |
| RU2770846C1 (en) * | 2021-11-23 | 2022-04-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon deposits in molten salts |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2427526C1 (en) * | 2010-06-01 | 2011-08-27 | Учреждение Российской академии наук Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН | Method for obtaining silicon nano- and microfibres by electrolysis of silicon dioxide from molten salts |
| RU2491374C1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Electrochemical method of obtaining continuous layers of silicon |
| CN110565107A (en) * | 2019-09-27 | 2019-12-13 | 东北大学 | method and device for regulating and controlling electrochemical deposition silicon preferred orientation growth in high-temperature molten salt |
| WO2022001037A1 (en) * | 2020-06-29 | 2022-01-06 | 上海大学 | Method for preparing monocrystalline silicon material by means of high-temperature electrodeposition of molten salt |
| RU2770846C1 (en) * | 2021-11-23 | 2022-04-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Electrolytic method for obtaining nanoscale silicon deposits in molten salts |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПАВЛЕНКО О. Б. и др. Стабильность и электрохимическое поведение кремния в расплаве LiCl-KCl-CsCl-K2SiF6., Текст: электронный // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика: сборник научных трудов. Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2021. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jafarian et al. | Electrodeposition of aluminum from molten AlCl 3–NaCl–KCl mixture | |
| Xu et al. | Electrodeposition of solar cell grade silicon in high temperature molten salts | |
| Sakanaka et al. | Electrodeposition of Si film on Ag substrate in molten LiF–NaF–KF directly dissolving SiO2 | |
| JP5112010B2 (en) | Carbon film manufacturing method | |
| Martinez et al. | Electrodeposition of magnesium from the eutectic LiCl–KCl melt | |
| Ett et al. | Pulse current plating of TiB2 in molten fluoride | |
| Zhuk et al. | Silicon electrodeposition from chloride–fluoride melts containing K2SiF6 and SiO2 | |
| Maeda et al. | A new electrodeposition process of crystalline silicon utilizing water-soluble KF–KCl molten salt | |
| RU2797969C1 (en) | Method for electrolytic production of microsized silicon films from molten salts | |
| Jing et al. | Purification of metallurgical grade silicon by electrorefining in molten salts | |
| He et al. | Effects of deposition time and current density on PbO 2 electrosynthesis from methanesulfonate electrolyte | |
| Rao et al. | Electrocoating of silicon and its dependence on the time of electrolysis | |
| RU2491374C1 (en) | Electrochemical method of obtaining continuous layers of silicon | |
| RU2751201C1 (en) | Method for electrolytic production of silicon from molten salts | |
| RU2795477C1 (en) | Method for electrodeposition of continuous silicon deposits from molten salts | |
| Haarberg et al. | Electrodeposition of silicon with a liquid gallium cathode in molten salts | |
| JP2020033621A (en) | Production method of titanium metal | |
| Li et al. | Electrochemical behavior of Si (IV) on the Mo electrode in the CaCl 2–CaF 2–CaO–SiO 2 melt | |
| US4759830A (en) | Process for the production of polycrystalline silicon coatings by electrolytic deposition of silicon | |
| Laurinavichyute et al. | Electrodeposition of Fe x Se y films from acidic solutions | |
| Shi et al. | Electrochemical behaviors of Mg2+ and B3+ deposition in fluoride molten salts | |
| KR101340601B1 (en) | Recovery method of elemental silicon by electrolysis in non-aqueous electrolyte from silicon sludge | |
| RU2775862C1 (en) | Electrolytic method for obtaining silicon from molten salts | |
| RU2747058C1 (en) | Method for electrochemical precipitation of niobium coatings from bromide melts | |
| Bouroushian et al. | A pulse plating method for the electrosynthesis of ZnSe |