[發(fā)明專利]太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的提純裝置及提純方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810071577.6
• 申請(qǐng)日: 2008-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN101343063A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅學(xué)濤;鄭淞生;蔡靖;陳文輝;陳朝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B33/037
• 分類號(hào): C01B33/037
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所
• 代理人: 馬應(yīng)森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多晶硅，尤其是涉及一種太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的提純裝置及提純方法。

背景技術(shù)

所謂的“提純”是指根據(jù)形成基質(zhì)元素或雜質(zhì)元素的物理化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)合適的物理化 學(xué)工藝去除基質(zhì)中的雜質(zhì)元素。

對(duì)于被用作半導(dǎo)體材料的硅而言，目前，最成熟也是最大規(guī)模的生產(chǎn)工藝是西門子法或 改良的西門子法。這類工藝首先將硅石通過(guò)C還原得到純度至少為98％的工業(yè)硅，然后將工 業(yè)硅在1400℃左右的高溫下與HCl反應(yīng)生成SiHCl₃(或SiCl₄)，經(jīng)過(guò)蒸餾提純后，再在西門 子反應(yīng)器(或流態(tài)床)中用高純H₂還原得到純度最高可達(dá)12N的高純多晶硅。到現(xiàn)在為止， 全世界90％的多晶硅都是利用此工藝生產(chǎn)。這類方法初期投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、能耗大、成 本高，且中間產(chǎn)品SiHCl₃(或SiCl₄)有劇毒，需大量使用液氯和氫氣，存在環(huán)保及安全隱患。

近年來(lái)，隨著石油價(jià)格的不斷上漲，以及全世界范圍內(nèi)的環(huán)境染污問題日趨嚴(yán)重，太陽(yáng) 能以其分布廣泛、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)成為解決能源危機(jī)和環(huán)境惡化的一個(gè)重要途徑而倍受青 睞，關(guān)于高效率太陽(yáng)能電池及相關(guān)材料的開發(fā)和研制已經(jīng)成為世界各發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)投入和扶 持的科技項(xiàng)目。

目前太陽(yáng)能電池工業(yè)轉(zhuǎn)換材料絕大多數(shù)都采用硅，而用于生產(chǎn)太陽(yáng)電池的硅材料主要來(lái) 自于半導(dǎo)體工業(yè)的廢料。目前硅原料(多晶硅)的缺乏嚴(yán)重威脅到光伏產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)。作為硅 集成電路和器件用的多晶硅原料是由西門子法生產(chǎn)的，因此來(lái)自半導(dǎo)體級(jí)硅的廢料并不會(huì)顯 著增加。但隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，這些硅原料已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足太陽(yáng)電池的需求，硅原料 已經(jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要的瓶頸之一。因此，研究開發(fā)一種低成本太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的 生產(chǎn)技術(shù)是非常必要的。

制造太陽(yáng)能電池用的多晶硅，其純度要求在6N(即99.9999％)以上，其中P、B含量都 必須小于0.1ppmw，而Al、Fe、Ti等金屬雜質(zhì)要求小于0.05ppmw，C、O則應(yīng)小于1ppmw。

對(duì)于金屬雜質(zhì)Fe、Ti等，由于其在硅中的分凝系數(shù)比較大，因此通過(guò)嚴(yán)格的定向凝固可 以達(dá)到很好的去除效果，基本可以滿足太陽(yáng)能電池的要求。

對(duì)于P雜質(zhì)，由于其在高溫下的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅，因此通過(guò)真空熔煉的方法，在 一定的高真空下，使磷揮發(fā)進(jìn)入氣相中，可以得到很好的除磷效果，如日本專利JP2905353。 而對(duì)于B雜質(zhì)，因其在硅中的分凝系數(shù)(0.8)接近于1，無(wú)法通過(guò)定向凝固去除，且其沸點(diǎn) 高達(dá)2550℃，因此通過(guò)真空的辦法也沒有明顯去除效果。但B的氧化物在真空下比較容易揮 發(fā)，也較容易進(jìn)入SiO₂的堿性融渣中，因此目前除B的主要方法是在真空下通氧化性氣體， 如美國(guó)專利US5972107；或者通過(guò)造渣工藝，如美國(guó)專利US5788945；以及二者相結(jié)合的方 法，如美國(guó)專利US6,368,403B1。另外，C、O等雜質(zhì)通過(guò)通入水蒸氣也可以達(dá)到很好的去除 效果。