The solar energy is dramatically increasing as the alternative energy source and the silicon(Si) solar cell are used the most. In this study, the improved process and equipment for the metallurgical refinement of multicrystalline Si were evaluated for the inexpensive solar cell. The planar plane and columnar dendrite aheadof the liquid-solid interface position caused the superior segregation of impurities from the Si. The solidification rate and thermal gradient determined the shape of dendrite in solidified Si matrix solidified by the directional solidification(DS) method. To simulate this equipment, the commercial software, PROCAST, was used to solve the solidification rate and thermal gradient. Si was vertically solidified by the DS system with Stober process and up-graded metallurgical grade or metallurgical grade Si was used as the feedstock. The inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP) was used to measure the concentration of impurities in the refined Si ingot. According to the result of ICP and simulation, the high thermal gradient between the two phases wasable to increase the solidification rate under the identical level of refinement. Also, the separating heating zone equipped with the melting and solidification zone was effective to maintain the high thermal gradient during the solidification.
Jang, Eunsu;Yu, Joon-Il;Park, Dongho;Moon, Byungmoon;Yu, Tae U
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.59.2-59.2
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2010
결정형 태양 전지의 보급화를 위하여 고순도 실리콘을 저렴하게 제조할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 고순도 실리콘을 경제적으로 제조하기 위하여 대역 정제에 의한 일방향성 응고법을 이용한 정련 연구를 진행하였으며, 응고 속도와 고 액상의 온도 구배가 정련도에 미치는 영향을 분석 하였다. 본 실험에 사용된 일방향 응고장치는 실리콘 용탕이 장입된 도가니 하부의 열 교환기를 통한 냉각에 의해 용탕 하부에서 상부 방향으로의 일방향성 응고가 진행되며, 응고 진행시 용탕의 흔들림에 의한 정련능의 감소를 방지하기 위해 가열 영역이 이동하는 Stober 공정을 채택하였다. 가열 영역은 실리콘 용융을 위한 상부 가열 영역과 응고 진행시 응고부의 온도 제어를 위한 하부 가열 영역으로 구성되어 있으며, 두 가열 영역의 온도 제어를 통해 응고중인 실리콘의 고 액상의 온도 구배를 조절하였다. 일방향 응고에 의한 정련법에서 고 액상의 온도 구배가 증가할수록 2차 수지상의 발달이 감소하고, 주상정의 수지상 형태를 유지하게 되어 고 액 공존영역에서 액상 영역으로의 확산이 원활하게 이루어져 분배계수를 이용한 정련도가 좋아지게 되며, ICP 분석을 통해 온도 구배의 증가에 따라 정련능이 증가하는 양상을 확인 할 수 있었다. 고 액상의 온도 구배의 조절을 통한 공정 시간 대비 정련도의 향상을 통해 결정형 태양전지의 생산성의 증가를 통한 저가화를 이룰 수 있을 것이다.
Monodispersed colloidal silica was prepared by Stober process. We have synthesized monodispersed colloidal silica of carious sizes (100 nm, 200 nm, 300 nm) by controlling volume ratios of TEOS(Tetraethylorthosilicate), $NH_4OH$, Ethanol and D. I. water. Shape and monodispersity of the synthesized colloidal particles were observed by Scanning Electron Microscopy(SEM) and laser light scattering particle analyzer. Self-assembled monolayer of monodispersed colloids was achieved by dipping Si substrate into a well-dispersed silica suspension. It was determined that uniformity and spatial extent of the self-assemble monolayer of monodispersed colloids are significantly influenced by the experimental parameters such as concentration, pH and surface tension of the colloidal suspension. We have observed a hexagonally well-ordered packing colloidal monolayer in a relatively large area (1.5 mm ${\times}$ 1.5 mm) as confirmed by SEM.
Poly(methyl methacrylate) (PMMA) particles were prepared by soap-free emulsion polymerization of MMA in the presence of a cationic initiator, 2,2'-azobis(2-methylpropionamidine) (AIBA). The Stober method has been adopted to coat silica on the surface of these cationic particles. Negatively charged silica precursors were coated onto cationic particle surfaces by electronic interaction. During the coating process, hollow particles were directly obtained by dissolution of PMMA.
To fabricate dental nanocomposites containing finely dispersed silica nanoparticles, nearly monodispersed silica nanoparticles smaller than 25 nm were synthesized without forming any aggregates via a modified sol-gel process. Since silica nanoparticles synthesized by the Stober method formed aggregates when the particle size is smaller than 25 nm, the synthetic method was modified by changing the reaction temperature and adding poly(1-vinyl-2-pyrrolidinone) (PVP) to the reaction mixture. The size of the formed silica nanoparticles was reduced by increasing the reaction temperature or adding PVP. Furthermore, the formation of aggregates with primary silica nanoparticles smaller than 25 nm was prevented by increasing the amount of PVP added to the reaction mixture. To enhance the dispersion of the silica particles in an organic matrix, the synthesized silica nanoparticles were treated with 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane ($\gamma$-MPS). A dental nanocomposite containing finely dispersed silica nanoparticles could be produced by using the surface-treated silica nanoparticles.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.3
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pp.1707-1710
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2014
This paper is the study for the directional solidification of the ingot through the thermal analysis simulation and structural change of casting furnace. The activation analysis of metal impurities were also detected the total number of 10 different metals, but the concentration distribution showed no significant positional deviations in the same position from the top to the bottom. With the results of thermal analysis simulation, the silicon as a whole has reached the melting temperature as the retention time 80 min. The best cooling conditions showed at the upper cooling temperature $1,400^{\circ}C$ and cooling time 60min. The fabricated wafers showed the superior etching result at the grain boundary than that of existing commercial wafers.
Silica nanoparticles, which have a broad range of sizes and specific surface features, have been used in many industrial applications. This study was conducted to synthesize monodispersed silica nanoparticles directly from tetraethyl orthosilicate (TEOS) with an alkaline catalyst (NH3) based on the sol-gel process and the Stöber method. A central composite design (CCD) is used to build a second-order (quadratic) model for the response variables without requiring a complete three-level factorial experiment. The process was then optimized to achieve the minimum particle size with the lowest concentration of TEOS. Dynamic light scattering and scanning electron microscopy were used to analyze the size, dispersity, and morphology of the synthesized nanoparticles. After optimization, a confirmation test was carried out to evaluate the confidence level of the software prediction. The results revealed that the predicted optimization is consistent with experimental procedures, and the model is significant at the 95% confidence level.
Silica nanoparticles for polymeric dental restorative composites were prepared by Stober method, and then the effects of surface treatment of silica particles with Lmethacrylofpropyltrimethofsilane $(\gamma-MPS)$ on the dispersity of the silica particles in the organic matrix was investigated. Particles having various average size were prepared by using controlled amounts of tetraethylorthosilicate(TEOS), water, and catalyst and by changing solvent used for reaction. The site of particles prepared by using methanol as solvent was smaller than that prepared by using ethanol as solvent. In addition, the size of particles was increased by decreasing amounts of water and by increasing amounts of TEOS and catalyst. Hydrophobic silica nanoparticles was prepared by reacting hydrophilic nanoparticles with $\gamma-MPS$ to improve interfacial properties with organic matrix. Amounts of $\gamma-MPS$ per unit mass of the particles was increased by decreasing particle size. even though the amount of $\gamma-MPS$ per specific surface area were nearly the same regardless of the particle size. The dispersity of the silica particles in the organic matrix was improved when the surface treated silica particles were used for preparing the polymeric dental restorative composites.
Nano-sized ${\beta}$-SiC nanoparticles were synthesized combined with a sol-gel process and a carbothermal process. TEOS and carbon black were used as starting materials for the silicon source and carbon source, respectively. $SiO_2$ nanoparticles were synthesized using a sol-gel technique (Stober process) combined with hydrolysis and condensation. The size of the particles could be controlled by manipulating the relative rates of the hydrolysis and condensation reactions of tetraethyl orthosilicate (TEOS) within the micro-emulsion. The average particle size and morphology of synthesized silicon dioxide was about 100nm and spherical, respectively. The average particles size and morphology of the used carbon black powders was about 20nm and spherical, respectively. The molar ratio of silicon dioxide and carbon black was fixed to 1:3 in the preparation of each combination. $SiO_2$ and carbon black powders were mixed in ethanol and ball-milled for 12 h. After mixing, the slurries were dried at $80^{\circ}C$ in an oven. The dried powder mixtures were placed in alumina crucibles and synthesized in a tube furnace at $1400{\sim}1500^{\circ}C$ for 4 h with a heating rate of $10^{\circ}C$/min under flowing Ar gas (160 cc/min) and furnace cooling down to room temperature. SiC nanoparticles were characterized by XRD, TEM, and SAED. The XRD results showed that high purity beta silicon carbide with excellent crystallinity was synthesized. TEM revealed that the powders are spherical shape nanoparticles with diameters ranging from 15 to 30 nm with a narrow distribution.
We examined the effect of low temperature heat-treatment on the optical properties of the photonic crystals self-assembled using a monodispersed spherical $SiO_2$ nanoparticle. When the heat treatment temperature increased, the reflectance peak, which is induced by the photonic band gap, moved to a shorter wavelength direction, and the peak intensity of Fabry-Perot fringes also increased. The highest reflectance peak intensity was obtained in the sample heat-treated at $250\~300^{\circ}C$. The heat-treatment reduced the average particle size and the quantity of defects, and increased the packing density of the photonic crystal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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