GBT 40561-2021 光伏硅材料 氧含量的測定 脈沖加熱惰性氣體熔融紅外吸收法

光伏硅材料氧含量的測定脈沖加熱惰性氣體熔融紅外吸收法國家標準化管理委員會GB/T40561—2021 I 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4原理 5干擾因素 6試劑和材料 27儀器和設備 28樣品制備 29試驗步驟 310結果處理 411精密度 412試驗報告 513質量保證與控制 5附錄A(資料性)儀器參考工作條件 6I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國半導體設備和材料標準化技術委員會(SAC/TC203)提出并歸口。本文件起草單位：無錫市產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗院、無錫市分析測試學會、青海黃河上游水電開發(fā)有限責任公司光伏產(chǎn)業(yè)技術分公司、上海賽夫特半導體材料有限公司、福建省計量科學研究院、蘇州博飛克分析技術服務有限公司、中國電子技術標準化研究院、江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司、上海材料研究所、無錫市計量測試院、中節(jié)能太陽能科技(鎮(zhèn)江)有限公司、湖北省計量測試技術研究院、洛陽中硅高科技有限公司、新疆新特新能材料檢測中心有限公司。本文件主要起草人：朱曉崗、王旭輝、徐敏秀、盧佳妍、翁佳燕、楊愛軍、羅海燕、魯文鋒、劉曉霞、1光伏硅材料氧含量的測定脈沖加熱惰性氣體熔融紅外吸收法1范圍本文件描述了用脈沖加熱惰性氣體熔融紅外吸收法測定光伏硅材料中氧含量的方法。本文件適用于生產(chǎn)多晶硅的原料硅粉、工業(yè)硅、顆粒多晶硅等光伏硅材料中氧含量的測定，測定范圍為氧的質量分數(shù)0.0010%～0.40%。其他生產(chǎn)光伏組件的各類晶體硅材料參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6379.2測量方法與結果的準確度(正確度與精密度)第2部分：確定標準測量方法重復性與再現(xiàn)性的基本方法GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定GB/T14264半導體材料術語3術語和定義GB/T14264界定的術語和定義適用于本文件。4原理試料放置于經(jīng)脫氣的石墨套坩堝中，在惰性氣氛下加熱熔融，試料中的氧和坩堝中的碳形成的一氧化碳和少量的二氧化碳隨同氦氣(或氬氣)通過高溫稀土氧化銅，使一氧化碳轉化成二氧化碳，導入紅外檢測器進行測定。根據(jù)紅外吸收強度信號變化，計算出氧含量。5干擾因素5.1對檢測結果影響較大的因素主要有樣品的均勻性，樣品表面清潔度，惰性氣體純度、石墨坩堝和助劑材料(高純鎳囊)的純度，校準樣品定值的準確度和不確定度，電子天平的準確度，儀器操作參數(shù)的優(yōu)化選擇等。5.2樣品表面清潔度影響檢測結果，如果在取樣和制樣過程中樣品可能受到污染，則樣品在分析前應使用合適的溶劑(例如，優(yōu)級純或光譜純的無水乙醇或異丙醇)清洗表面并干燥。5.3惰性氣體(氦氣或氬氣)作為測試儀器中的載氣，其含有的雜質有可能會吸附樣品釋放出來的氧而影響測試結果的準確度，應使用高純度惰性氣體以提高測試結果的準確度。5.4石墨坩堝和助劑材料的氧含量或雜質含量會影響分析數(shù)據(jù)的準確度，應使用高純石墨/光譜純石墨加工制成的坩堝和高純度助劑材料。25.5加熱熔融過程中使用石墨單坩堝會因溫度波動而影響測量，使用石墨套坩堝的內坩堝可顯著減少這種影響。5.6本方法檢出限通過儀器空白限測定，并因儀器和制樣技術不同而不同。5.7本方法測定光伏硅材料中所有形態(tài)的總氧含量，包括表面氧化層中氧和硅晶體中間隙氧及沉淀氧。生產(chǎn)多晶硅的原料硅粉樣品分析前是否需要去除表面氧化層由樣品相關各方協(xié)商確定。6試劑和材料6.1惰性氣體(高純載氣):氦氣(純度不小于99.99%);或氬氣(純度不小于99.999%)。6.2動力氣：氮氣(純度不小于99.9%);或壓縮空氣，其氣源應無油無水。6.3稀土氧化銅：儀器適配專用試劑，用于在紅外檢測器中將一氧化碳轉化為二氧化碳。6.4堿石棉：儀器適配專用材料，用于在儀器中吸收惰性氣流中殘留的二氧化碳。6.5無水高氯酸鎂：儀器適配專用試劑，顆粒試劑，用于在儀器中進行吸濕。6.6高純鎳囊(低氧):儀器適配專用材料。注：為降低檢測成本，使用儀器適配專用材料高純錫囊代替高純鎳囊做助劑材料，其測試氧的靈敏度是不相同的。6.7石墨坩堝：使用由內坩堝和外坩堝組合而成的石墨套坩堝。套坩堝應由高純石墨/光譜純石墨加工制成，與惰性氣體熔融-紅外檢測氧分析儀相配套。注：為降低檢測成本，使用儀器適配專用石墨單坩堝代替石墨套坩堝，注意使用石墨單坩堝時加熱熔融過程中溫度波動對測量結果的影響。6.8標準物質/標準樣品：氧含量已被定值并有證書的硅中氧標準物質/標準樣品、銅中氧標準物質/標準樣品等。7儀器和設備7.1惰性氣體熔融-紅外檢測氧分析儀：由電極爐或感應爐、分析氣流雜質去除系統(tǒng)、輔助凈化系統(tǒng)和紅外氧測量系統(tǒng)[即紅外(IR)檢測系統(tǒng)]組成。氧測量精密度優(yōu)于0.000025mg,加熱爐功率不小于6.6kW(爐溫不低于2500℃)。7.2電子天平：根據(jù)稱樣量不同，感量優(yōu)于0.1mg或0.01mg7.3制樣設備：例如切割機、拋光機、壓片機等，應具備將樣品加工成滿足儀器要求的形狀和大小的能力。8樣品制備8.1應使用無氧化物的切割材料或打磨材料將樣品加工至合適的尺寸，圓球狀樣品直徑應不大于5mm,圓柱狀樣品直徑應不大于5mm、長度應不大于10mm,塊狀樣品尺寸應不大于5mm。注：粉末狀、顆粒狀和最大尺寸不大于5mm的碎塊狀樣品不需要制樣。8.2使用水冷切割輪或低速金剛石鋸切割樣品，以防止過熱。在取樣和制樣過程中應避免樣品遭受污染。8.3如果在取樣和制樣過程中樣品受到污染，則樣品在分析前應使用合適的溶劑(6.9)清洗表面并用氮氣或冷風吹干，干燥后立即檢測。注：生產(chǎn)多晶硅的原料硅粉樣品分析前不需要清洗，在取樣過程中注意避免樣品遭受污染。39試驗步驟9.1儀器準備分析前儀器應處于正常狀態(tài)。儀器工作過程中使用的惰性氣體(6.1)、動力氣(6.2)、稀土氧化銅(6.3)、堿石棉(6.4)、無水高氯酸鎂(6.5)等試劑和材料應符合第6章的要求。儀器參考工作條件見附錄A。9.2空白試驗稱量一個高純鎳囊(6.6)的質量mvc(以mg計),通過儀器加樣口將鎳囊放置于石墨坩堝(6.7)中。按與待測樣品分析相同的測定條件和9.4.3進行空白試驗，至少進行2次空白測定，計算空白平均值，記為高純鎳囊(6.6)空白測定的總氧量平均值m?(以mg計)。兩個空白測定值的差值及m?均應不超過9.3儀器校正分析前應使用標準物質/標準樣品(6.8)作為試料對儀器進行校正，確定校正系數(shù)f。所用標準物質/標準樣品(6.8)氧含量應與待測樣品試料(9.4.1)的預估氧含量相近并且大于待測樣品試料(9.4.1)的預估氧含量，或標準物質/標準樣品(6.8)中的總氧量(mg)與待測樣品試料(9.4.1)中的預估總氧量(mg)相近并且大于待測樣品試料(9.4.1)的預估總氧量(mg)。如果沒有氧含量或總氧量合適的硅材料標準物質/標準樣品，可選擇熔點比硅材料(熔點1410℃)低的銅標準物質/標準樣品(熔點1083.4℃)。按與待測樣品分析相同的測定條件和從9.4.1至9.4.3步驟進行測定，至少做3份同一個標準物質/標準樣品(6.8)試料的平行測量，按9.5的方法計算每份標準物質/標準樣品(6.8)試料的氧含量質量分數(shù)測定值(%),其中f取值為1,并計算3份標準物質/標準樣品(6.8)試料氧含量質量分數(shù)測定結果的算術平均值。使用標準物質/標準樣品(6.8)的氧含量測定平均值和認定值進行儀器校正，校正系數(shù)f等于標準物質/標準樣品(6.8)氧含量認定值除以標準物質/標準樣品(6.8)氧含量測定平均值的商。注：一些儀器具備計算機進行多點校正功能。9.4樣品測定9.4.1對于氧含量范圍已知的待測樣品，按表1稱取試料，記為m;對于氧含量范圍未知的待測樣品，宜先用儀器內預置的校準曲線預測定其氧含量范圍后，按表1稱取。表1試料量氧含量(質量分數(shù))%gmg0.0010～0.0050>0.0050～0.10>0.10～0.20>0.20～0.400.020圍內。4GB/T40561—20219.4.2將稱取的試料(9.4.1)裝入高純鎳囊(6.6)中，根據(jù)高純鎳囊(6.6)內盛試料的形狀處理鎳囊的開口，避免在后續(xù)操作中有物質從鎳囊中漏出。例如，對于圓球狀、圓柱狀、顆粒狀或塊狀試料，將鎳囊十字封口；對于粉末狀試料，將鎳囊夾扁排出空氣后封口。9.4.3將試料(9.4.1)放入儀器加樣口，用專用金屬刷清掃爐膛，裝入新石墨坩堝(6.7),操作儀器進行試料(9.4.1)氧含量測定，得到試料中的總氧量m。(以mg計),按9.5的方法計算氧含量。9.4.4按從9.4.1至9.4.3的步驟獨立進行2次測定，取其算術平均值。9.5結果計算9.5.1空白扣除應將試料中的總氧量m?(以mg計)(9.4.3)減去高純鎳囊(6.6)的總氧量平均值m?(以9.5.2試料中氧含量以質量分數(shù)wo(%)計，按公式(1)計算：式中：m?——試料中的總氧量(9.4.3),單位為毫克(mg);m?——空白試驗測定的高純鎳囊(6.6)的總氧量平均值(9.2),單位為毫克(mg);m——稱取的試料質量(9.4.1),單位為克(g);f——校正系數(shù)(9.3)。10結果處理報告重復測定結果的算術平均值，結果保留至少3位有效數(shù)字。數(shù)值修約按GB/T8170規(guī)則11精密度11.1在重復性條件下獲得的兩次獨立測試結果對于其算術平均值的相對偏差不大于表2所列相對標準偏差。相對標準偏差按表2數(shù)據(jù)采用線性內插法求得。以兩次獨立測試結果對于其算術平均值的相對偏差大于表2所列相對標準偏差的情況不超過5%為前提。表2相對標準偏差氧含量(質量分數(shù))%相對標準偏差(RSD)%11.2組織4家實驗室對5個氧含量質量水平的顆粒多晶硅樣品做本方法試驗，各實驗室對每個水平樣品做2次～5次測定，對試驗數(shù)據(jù)按GB/T6379.2進行統(tǒng)計分析計算，所得數(shù)據(jù)見表3。5表3標準偏差水平(m)重復性標準偏差(sz)再現(xiàn)性標準偏差(sr)0.000820.0004050.0005920.003120.0005180.0008600.004920.0005570.001110.006170.0005890.001000.007280.0007180.0021112試驗報告試驗報告至少應包含以下內容：a)樣品來源；c)測量環(huán)境；d)所使用的標準化文件(包括發(fā)布或出版年號)或所使用的方法；e)測量儀器名稱、型號；f)采用的標準物質/標準樣品；g)測量結果；h)觀察到的異?，F(xiàn)象；13質量保證與控制13.1應根據(jù)日常樣品檢測工作量定期校核本分析方法的有效性。當過程失控時，應找出原因，糾正錯13.2每批樣品(一批樣品數(shù)量不大于20個時)或每20個樣品(一批樣品數(shù)量大于20個時)應用標準物質/標準樣品或控制樣品做1次測定校核分析方法的準確性?？捎媒?jīng)過不少于11次測試測定了其氧含量并且評估了其測定結果的不確定度的硅材料