[發(fā)明專利]一種去除磷和金屬雜質(zhì)的提純硅的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910048704.5
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101850975A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高文秀;趙百通
• 申請（專利權(quán)）人: 高文秀
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 上海京滬專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31235
• 代理人: 周志宏

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種硅提純技術(shù)，更具體地說涉及一種去除磷和金屬雜質(zhì)的提純硅的方法。

背景技術(shù)：

快速發(fā)展的多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)與應(yīng)用，使硅材料的需要量劇增，耗量巨大。按我國光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)水平，如果生產(chǎn)1MW多晶硅太陽能電池，考慮到硅片的厚度在200μm左右，則將需耗用10t左右硅材料，以目前多晶硅太陽能電池的發(fā)展速度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我國硅材料的供應(yīng)能力。因此，下大力氣研究解決硅材料的生產(chǎn)供應(yīng)問題，研發(fā)生產(chǎn)太陽能級硅是重要的解決途徑。由于冶金級硅的雜質(zhì)含量太高，形不成品p-n結(jié)，如設(shè)法將其用簡單的化學(xué)或物理方法提純，使之能夠用于制造太陽能電池，則將大大降低電池的成本。為此有目的性、有選擇性的去除冶金法本身帶來的固有雜質(zhì)是物理法提純太陽能級硅材料的重要問題。目前的降低磷含量的方法是通過高溫?fù)]發(fā)和定向凝固，而單純通過加熱蒸發(fā)的方法去降低磷含量，由于液面的有限，整個硅液得不到充分的揮發(fā)，其效果是很有限的。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)不足之處而提供一種制作工藝簡單、低成本、高效率、無污染去除磷和金屬雜質(zhì)的提純硅的方法

本發(fā)明的目的是通過以下措施來實現(xiàn)：一種去除磷和金屬雜質(zhì)的提純硅的方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步聚1，將封密式提純爐內(nèi)凈化，加熱熔融封密式提純爐石墨坩鍋內(nèi)的金屬硅；

步驟2，對呈熔融狀態(tài)的金屬硅溶液噴吹預(yù)熱的O₂和Ar混合氣體；

步驟3，停止吹入O₂和Ar混合氣體，通過硅液底部驟冷，使其從底部向上進(jìn)行定向凝固；

步驟4，硅錠出爐，去四周及頭尾完成提純得到高純度的多晶硅。

所述步驟1將封密式提純爐內(nèi)凈化，所述凈化為對提純爐內(nèi)抽真空通入氬氣，然后再抽真空通入氬氣，反復(fù)多次，使提純爐內(nèi)保持在高純氬氣狀態(tài)中，氬氣的純度大于99.999％。

所述步驟1加熱熔融為通過直流電弧放電加熱硅熔化成液態(tài)，金屬硅液溫度保持在1500℃以上。

前述步驟中所述直流電弧放電的正電極是坩堝的石墨護(hù)托，負(fù)電極是離硅液面一定距離的放電電極，電弧放電直接作用于液態(tài)硅表面。

前述步驟中所述所述一定距離設(shè)定為：2-50mm。

所述步驟1石墨坩鍋的內(nèi)表面覆涂一層氮化硅，涂層的厚度為0.5-3mm。

所述步驟2預(yù)熱O₂和Ar混合氣體的預(yù)熱溫度為1600℃以上。

所述步驟2混合氣體O₂和Ar的濃度分別為0-90％和10-100％，純度大于99.999％。

所述步驟3硅液底部驟冷為移去石墨坩堝底部的可動絕熱層，通過銅管中的冷卻水吸熱，使坩堝底部驟然降溫。

所述步驟3定向凝固為硅液在底部首先凝固，同時降低直流電源的功率，控制表面溫度，由底部向上進(jìn)行定向凝固。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于采用了本發(fā)明提出的去除磷和金屬雜質(zhì)的提純硅的方法，通過直流電弧放電加熱硅熔化成液態(tài)，并使電弧放電直接作用于液態(tài)硅表面，同時底部吹預(yù)熱的O₂和Ar實現(xiàn)攪拌作用，讓具有高發(fā)揮系數(shù)的磷等雜質(zhì)去除；攪拌時間達(dá)到設(shè)定值后，對硅液底部驟冷，使其從底部向上進(jìn)行定向凝固，完成了對硅去磷除金屬的提純。本發(fā)明是一種低成本、工藝簡單、無環(huán)境污染問題、易于產(chǎn)業(yè)化的硅提純的制作工藝和制作方法，其改進(jìn)了硅材料的性能，對于硅材料和太陽電池的發(fā)展具有非常大的推動作用。

附圖說明：

圖1為直流電弧放電加熱去除磷示意圖。

圖中說明：1-處理后氣體放空管道；2-環(huán)保處理系統(tǒng)；3-環(huán)保處理液體；4-輸入環(huán)保處理管道；5-泵；6-碳纖維反射熱保護(hù)罩；7-保溫絕熱層；8-石墨坩堝；9-吹入O₂和Ar管道；10-水冷卻銅管；11-可動絕緣層；12-石墨護(hù)托兼電極13-可調(diào)直流電源；14-電弧放電陰極；15-液態(tài)硅；16-開關(guān)。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對具體實施方式作詳細(xì)說明：