[發明專利]一種多晶硅料的提純方法

無效

• 申請號: 200810163005.0
• 申請日: 2008-12-11
• 公開（公告）號: CN101748481A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 吳云才;劉偉;劉文濤;聶帥
• 申請（專利權）人: 浙江昱輝陽光能源有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/00;C01B33/037
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 徐關壽

技術領域：

本發明涉及一種多晶硅料的提純方法，尤其是一種去除低等級硅 中的磷雜質的提純方法。

背景技術：

現有的提純硅的方法有多種，包括化學法和物理法，其中屬于化 學法的改良西門子法是目前獲得半導體級高純硅主要方法，但此方法 具有較高的技術要求和資金投入。光伏行業使用的硅原料主要有兩種 來源，一是直接使用半導體級的高純硅，但是成本過高；二是使用半 導體行業的廢料以及低等級的半導體級多晶硅。隨著近幾年光伏行業 的迅猛發展，來源于半導體行業的硅原料已經無法滿足光伏行業的需 求。尋求新的硅原料的來源已經成為眾多光伏企業面臨的重要問題。 人們積極開發采用非西門子法以去除冶金硅中的雜質，獲得高純硅。 冶金硅中的金屬雜質的分凝系數很小，往往通過定向凝固的方法去 除，而其中的P、B等元素的分凝系數較大，采用定向凝固法很難使 其中的P、B雜質降低到理想的水平。

溶質分凝效應是一種在凝固過程中普遍存在而且非常重要的物 理現象。在凝固的界面處，溶質在固體和液體中分布的濃度往往存在 差異。定義k＝C_S/C_L為分凝系數，其中C_S、C_L分別為液固界面處溶 質在固體的濃度和在液體中的濃度。當k<1時，隨著液固界面的推移， 液體中溶質的濃度是逐漸升高的，即剩余液體中含有較高濃度溶質； 相反，當k>1時，液體中溶質的濃度是逐漸降低的，此時剩余液體中 溶質的濃度較低。人們根據分凝現象發明了多種提純物質的工藝，可 以有效地將雜質去除從而獲得高純的物質，其中區熔法是運用雜質分 凝現象進行物質提純的典型實例。直拉法結晶的過程也伴隨著顯著的 雜質分凝現象，因此可以作為一種有效的提純手段。

美國專利US5182091公開了一種在真空下采用電子束使硅熔融 以去除磷的方法；美國專利US6090361公開了一種將冶金硅提純以 用于太陽能電池應用中的方法，在真空下使磷從熔融硅中蒸發出來； 美國專利US6231826公開了一種通過在真空下將熔融硅澆注到連續 的高純度高密度的石墨容器中，并用電子束加熱，以去除磷的方法； 文獻號CN1890177A的中國專利公開了一種去除硅中磷雜質的一種 方法，將冶金級硅研磨成由直徑小于大約5mm的硅顆粒構成的硅粉， 將研磨后的硅粉保持在固態的同時，將其在減小的壓力下加熱到某個 低于硅熔點的溫度，在此溫度下保持足夠長的一段時間來去除硅中的 磷雜質。

1980年，索尼公司成功將磁控直拉晶體生長技術(MCZ)應用 于硅單晶生長。在外加磁場的作用下，硅熔體粘滯阻力增大，其熱對 流得到抑制，減小硅熔體與石英坩堝壁的反應速率，能夠對單晶硅中 的氧含量進行有效控制。同時，有效地減少或消除雜質的微分凝效應， 使各種雜質分布均勻。

目前，磁控直拉結晶法成熟的設備和工藝主要應用于拉制半導體 單晶的工業生產。然而，磁控直拉結晶法從未應用于含磷雜質較多的 低等級硅的提純。

發明內容：

本發明針對現有技術中所存在的上述問題提供一種多晶硅料的 提純方法，其要解決的技術問題在于：該方法可以有效的去除低等級 硅中的磷雜質，獲得高純度的硅材料，使其能夠大規模、大比例地應 用于制造高效率太陽能電池用的硅片。

本發明的上述技術問題是這樣實現的：提供一種多晶硅料的提純 方法，對硅料進行低壓熔煉和直拉結晶，其特征在于包括以下步驟：

a、將硅料投入配有磁場激勵裝置的熔化結晶設備中加熱熔化；

b、將熔融的硅熔體進行低壓蒸餾熔煉；

c、將熔煉后的硅熔體進行磁控直拉結晶，獲得到太陽能級硅晶體。

所述的硅料的提純方法，其中所述的磁場激勵裝置產生的磁感應 強度為500～1000Gs。

所述的硅料的提純方法，其中所述的減壓蒸餾熔煉氣壓為300～ 500Pa，熔煉時間為4～50小時。

所述的硅料的提純方法，其中所述的加熱熔化溫度為1420～ 1700℃。

所述的硅料的提純方法，其中所述的直拉結晶的晶體生長速度為 30～80mm/h。

本發明涉及的熔化、結晶設備是指：①包括有熔化裝置，指任何 可以發熱的容器，包括產生熱的裝置，例如熔爐。②結晶裝置，指任 何可以采用直拉法使硅熔體結晶的裝置，如直拉結晶爐。