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Online Prozess-Gaschromatographen in der Polysilizium-Produktion

- für mehr Transparenz bei Produktionskosten und Prozessparametern -
- schneller am Markt bei höherer Effizienz -

 

Dr. Akbar Tellenbach / Siemens AG
6. Kolloquium 8. - 9. November 2010
Arbeitskreis Prozessanaytik,
in Waldbronn - Fa. Polytec


Hochreines (Poly~)Silizium als begehrte Mangelware in Europa - Warum?

Die Situation heute :
Der Herstellungsprozess ist gekennzeichnet durch hohen Energierverbrauch, relativ niedrige Ausbeuten und einen vergleichbar geringen Automatisierungsgrad, was umfangreiches Prozesswissen voraussetzt.
Das Ausgangsmaterial (Chlorsilane) ist zudem sehr korrosiv, toxisch und äußerst feuchtigkeitsempfindlich.
Trotzdem drängen neue Anbieter aus Asien mit geringeren Produktionskosten, aber geringerer Anlagenerfahrung auf den Markt.
Damit sich die auf Photovoltaik basierende Solarenergie als alternative Energiequelle durchsetzt, müssen die Hersteller neue Strategien entwickeln um das Marktziel von 35 $US / kg Polysilizium zu erreichen

Der Strategieansatz heute:
Reduzierung der Produktionskosten - Erhöhung der Ausbeute bei der Herstellung ('Siemens-Prozess') - Alternativen zur Chlor-Chemie - kontinuierliche Produktionsverfahren.

Die Fragestellung also :
Mit welchen Methoden lassen sich die Prozessparameter ermitteln, dass eine Produktionsanlage optimal gefahren werden kann?

   


Antwort : mit der Online Prozess-Gaschromatographie (PGC)
Mit Hilfe der Online PGC werden die kritischen Parameter adressiert :

Produktionsstabilität - Zell-Effizienz - Modulpreis

indem folgende Größen sichergestellt bzw. optimiert werden:

Automatisierung - Qualitätskontrolle - Produktionskosten

Kundenutzen mit der Online-PGC :
Durch die gegenüber den bisher eingesetzten Laborgeräten erheblich vergrößerten Datenmengen durch die Online-PGC kann erstmlas die gegenseitige Abhängigkeit von Prozessparametern systematisch untersucht, die Ausbeute optimiert und die Produktionskosten signifikant gesenkt werden.
Insbesondere in der Startphase der Anlage ermöglicht dies häufig einen früheren Produktionsstart (time to market). Die schnelle Analyse und direkte Übertragung der Messdaten an das Prozessleitsystem ermöglicht eine effiziente Prozesskontrolle. Die permanente Überwachung der Reinheit der verwendeten Rohstoffe ist die Basis für eine gleichbleibende Qualität bzw. für ein Qualitätsmangagement des Endproduktes Polysilizium.

   
   

Der Produktionsprozess

Traditionell wird Polysilizium nach dem sog. Siemens-Verfahren über Trichlorsilan hergestellt, das durch mehrfache Destillation gereinigt und bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Wasserstoff als hochreines Polysilizium abgeschieden wird. Das dabei entstehende Nebenprodukt Tetrachlorsilan wird in Konvertern teilweise in TCS zurück verwandelt.

Die Online-PGC
Rohstoffe, Spülgase sowie Recycle-Gase von der Abgasaufbereitungsanlage werden durch die Messung von Spurenbestandteilen mit der Online-PGC auf Reinheit überprüft.
Online Prozess-Gaschromatographen können mehrere Probenströme parallel oder seriell messen und liefern in wenigen Minuten zuverlässige Messergebnisse, die direkt in das Prozessleitsystem eingespeist werden.

Download Vortrag (1 MB)





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