[發明專利]一種超純冶金硅的制備方法

無效

• 申請號: 200810068852.9
• 申請日: 2008-08-08
• 公開（公告）號: CN101353167A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 吳展平
• 申請（專利權）人: 貴陽高新陽光科技有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司
• 代理人: 徐逸心

技術領域：

本發明涉技一種超純冶金硅的制備方法，屬于硅的純化技術領域，具體涉及利用真空熔煉爐加入造渣劑提純工業硅制備超純冶金硅的制備方法。特別的可用于太陽能電池用硅的初級提純方法。

背景技術：

超純冶金硅一般用作低成本太陽能電池新工藝用硅原材料和硅合金中，冶金硅的提純一般有物理冶金法和化學法，用物理冶金法進行提純的方法其特點是硅在提純過程中成分不變。用化學原理進行硅提純的方法稱化學法。其特點是硅材料在提純過程中成分發生變化！化學法成熟技術一般稱改良西門子法，將硅粉和氯化氫氣體反應生成三氯氫硅，將三氯氫硅反復蒸餾后，通過氫氣還原出高純硅；硅烷法是將硅通過化學反應生成硅烷，然后將硅烷分解為高純硅，這些化學方法是通過硅成分的變化過程而有效的去除硅中的金屬、硼和磷等各種雜質，化學法存在成本高、耗電大，設備復雜，還存在污染和爆炸的危險。由于常規能源的有限性，低成本是光伏產業發展的必經之路！而物理冶金法生產的超純冶金硅，降低了太陽能電池硅的質量要求，以此為原料用改進的太陽能電池工藝生產的太陽能電池，其成本將大大降低，使綠色太陽能有可能走入尋常百姓家中。

申請公開號為CN1503377A，發明名稱為“一種太陽能電池用高純硅生產方法”的中國發明專利申請，該方法包括將作為原料的金屬硅熔煉成硅熔體，往該熔體中添加石灰、氧化鐵、螢石；和吹入氧氣、氯氣、含水的氫氣以及氫氣，最終使該熔硅在結晶器中定向凝固，提供一種純度99.9-99.999％的太陽能電池用高純硅。這種工藝雖然相對簡單，但通氣體很危險，因而限制了該工藝的實施，且質量不穩定，工業化量產也未見報道。

發明內容：

本發明的目的在于：提供一種雜質總含量低于100ppma。包括用于制造太陽能電池硅材料的初級提純方法。其特征在于該方法采用物理冶金技術，以純度不低于99.5％的工業硅作為原材料，經過酸化學預處理后，將硅粉和造渣劑混勻裝在熔煉爐里的石英坩堝內，在微真空或常壓下，向熔煉爐內吹入保護性氣體；加熱使爐內溫度達1400-1700℃，將金屬硅熔煉成硅熔體；進行造渣除雜；最后進行定向凝固得到雜質總含量低于100ppma的超純冶金硅。

本發明按以下步驟完成(1)將99.5％的冶金硅粉碎、球磨至粒度為80-300目。優選的粒度范圍是100-200目。(2)用質量濃度5-15％的鹽酸浸泡24小時或更長時間后，離心過濾分離，用純水清洗至PH中性；(3)將濕法提純處理后的硅粉烘干；(4)將造渣劑與硅粉按質量比5-15％的量混勻放入石英坩堝，石英坩堝放在有夾套石墨發熱體的感應熔煉爐里，感應加熱的同時，向爐內吹入保護性氣體氬氣或氮氣，防止硅氧化；(5)維持真空度為4000pa-10000Pa或常壓，當爐內溫度達1400-1700℃，優選的溫度范圍是1400-1500℃，使硅處在熔融態下，維持30min-60min；(6)將浮在上面的熔硅渣倒出，精煉的硅留在石英坩堝內進行定向凝固，控制冷卻速度；(7)將得到的硅錠切去上面靠近熔渣部份和下面靠近石英坩堝底的部份得純度99.99-99.999％的超純冶金硅。

本發明所用的造渣劑為Na₂O-CaO-SiO₂或BaO-CaO-SiO₂，加入量為硅質量的5％～15％，造渣劑通常摩爾配比為：1∶1∶1，但此配比對本發明不構成限制。

煉好的熔硅進行定向凝固時，熔硅的冷卻速度是30～35℃/hr。

效果：本發明選用高熔點造渣劑，硅粉與造渣劑均勻混合，充分接觸，充分而有效的去除硅中的金屬、硼、磷等各種雜質；向爐內吹惰性保護氣體，防止硅氧化，而且安全可靠；用感應加熱的方法傳熱快，溫度穩定，不會因加熱帶進雜質，本發明工藝簡單、成本低、質量穩定，生產安全，能夠實現工業化生產。

具體實施方式

實施例1：

一種超純冶金硅的制備方法，其步驟是：