Analysis of photovoltaic grade silicon using triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

Aplikace | 2024 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
ICP/MS, ICP/MS/MS
Zaměření
Průmysl a chemie, Polovodiče
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Rozvoj fotovoltaických technologií je klíčový pro snižování emisí CO2 a zajištění stabilních obnovitelných zdrojů energie. Kvalita křemíkových materiálů přímo ovlivňuje účinnost a životnost solárních článků. Precizní stanovení stopových a hlavních prvků v křemíku proto přispívá k optimalizaci výrobních procesů, zajištění konzistentní kvality a dlouhodobé spolehlivosti PV modulů.

Cíle a přehled studie


Hlavním cílem bylo demonstrovat robustní a přesnou metodu pro současnou analýzu hlavních i stopových prvků v křemíku fotovoltařního stupně. Studie zahrnovala jak analýzu rozpuštěného křemíkového množství připomínajícího produkty pro PV, tak hodnocení vlivu vysoké koncentrace křemíku na citlivost a stabilitu měření.

Použitá metodika a instrumentace


Analýza byla provedena na ICP-MS iCAP MTX (Thermo Scientific) vybaveném:
  • třetího kvadrupólu s kolizně-reakčním článkem (QCell) pro reaktivní plyn O2 i He v režimu KED
  • plazmovým zdrojem PLUS torch a PFA cyklonickou sprchovací komorou chlazenou na 2,7 °C
  • koncentrických PFA nebulizérem a argonovým zvlhčovačem plynu
  • autosamplerem iSC-65 s funkcí Step Ahead pro zvýšení průchodnosti
  • AGD (argon gas dilution) pro automatické ředění až do úrovně 5 000 mg·L-1 Si
  • softwarovým modulem Qtegra ISDS Reaction Finder pro automatickou optimalizaci analyzačních podmínek a autotune procedury
Odpadní křemíkový materiál byl rozpuštěn v HF/HNO3, doplněn na objem a následně ředěn 20násobně. Kalibrace pokrývala rozsahy od mikrogramů po miligramy křemíku na litr s vnitřními standardy (Y, Rh, Ir 10 µg·L-1).

Hlavní výsledky a diskuse


  • Detekční meze (LOD) pro všechny 42 prvků vykázaly lineární odezvu s R2 > 0,999.
  • Režim TQ-O2 poskytl až 10× nižší LOD pro P a Se ve srovnání s He KED a umožnil analýzu nejhojnějších izotopů bez rušivých polyatomových interferencí.
  • Spike recovery testy (10 µg·L-1) ve vzorcích obsahujících až 5 000 mg·L-1 Si dosáhly 85–108 % návratnosti.
  • Stability vnitřních standardů zůstala mezi 87–106 % napříč čtyřmi koncentracemi Si, což potvrzuje stabilitu ionizace a separace v náročném matrix.
  • Dlouhodobá analýza 197 vzorků během 9 hodin prokázala konzistentní výsledky CCV v rozpětí 88–124 % pro všechny sledované prvky a stabilní odpověď interních standardů v intervalu 87–110 %.

Přínosy a praktické využití metody


  • Možnost současného stanovení hlavních a stopových prvků v širokém koncentrančním rozsahu bez nutnosti časově náročného předběžného ředění.
  • Efektivní potlačení izobarických a polyatomových interferencí díky kombinaci He KED a TQ-O2, zejména pro kritické analyty jako P, S, As a Se.
  • Vysoká produktivita analýzy (3 min 33 s na vzorek) a robustnost náběru díky inteligentnímu managementu matrixu a Step Ahead funkcím.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Další automatizace přípravy vzorků a využití diskrétní vstřikovací ventile pro zvýšení průchodnosti.
  • Rozšíření metody na jiné polovodičové a průmyslové matrixy s vysokým obsahem lehkých prvků.
  • Integrace real-time monitoringu výrobních linek pro okamžitou kontrolu kvality.
  • Využití pokročilých softwarových nástrojů pro řízení dat, pokročilé metody kalibrace a quantifikaci izotopových poměrů.

Závěr


Vyvinutá metoda na bázi ICP-MS iCAP MTX umožňuje citlivou, přesnou a vysoce průtočnou analýzu hlavních i stopových prvků v křemíku pro fotovoltaické aplikace. Výsledky prokázaly výbornou linearitu, nízké meze detekce, spolehlivou návratnost i dlouhodobou stabilitu při vysokých koncentracích matrixu.

Reference


  • Thermo Fisher Scientific Product Spotlight 44485: Thermo Scientific iCAP Qnova Series ICP-MS PLUS Torch for Improved ICP-MS Analysis of Challenging Samples

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Managing the challenges of analyzing battery materials using triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) equipped with Argon Gas Dilution
iCAP TQ ICP-MS Applications Compendium
iCAP TQ ICP-MS Applications Compendium
2019|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Analysis of process water from hydrogen fuel cells using triple quadrupole inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)
Analysis of whole blood samples using triple quadrupole inductivity coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)