[發(fā)明專利]一種多晶硅的除硼提純方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910111808.6
• 申請日: 2009-05-19
• 公開（公告）號: CN101555015A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅學(xué)濤;蔡靖;李錦堂;鄭淞生;陳文輝;龔惟陽;沈曉杰;陳朝
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: 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，尤其是涉及一種采用冶金法的多晶硅的除硼提純方法及裝置。

背景技術(shù)

能源危機(jī)和傳統(tǒng)能源對環(huán)境的污染已成為社會和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。為維持 可持續(xù)發(fā)展，世界各國都在積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源，多晶硅太陽能電池成 為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。采用改良西門子法制備高純多晶硅的工藝較為復(fù)雜，投資成本高，用其 制備太陽電池將會大大增加電池價(jià)格。而冶金法提純多晶硅工藝相對簡單，成本低廉，且對 環(huán)境的造成污染相對較小，已成為太陽能級多晶硅的主要發(fā)展方向。

工業(yè)硅是生產(chǎn)太陽能級多晶硅的重要原料，但其純度在2N左右，往往需要提純處理以 去除其中的雜質(zhì)元素，如Al、Ca、Fe、C、P、B等，尤其是P、B等非金屬雜質(zhì)。多晶硅材 料中最難以去除的是P和B，因?yàn)镻、B在Si中的分凝系數(shù)分別為0.35、0.8，遠(yuǎn)高于金屬元 素(金屬元素在硅中的分凝系數(shù)一般為：10^-2～10^-7數(shù)量級)，所以，在常規(guī)的定向凝固提純 過程中，當(dāng)硅從液體冷卻凝固為固體時(shí)，停留在固相中的P和B仍然很多，提純效果差。

對于P雜質(zhì)而言，最有效的除P方法是利用P在真空下的蒸氣壓隨溫度升高而很快增加 的特點(diǎn)，采用真空除磷。例如美國專利US5254300公開了一種方法，將熔融硅在減壓下精煉， 使P進(jìn)入氣相，揮發(fā)除去。而對于B雜質(zhì)，例如1823K時(shí)，硅的蒸汽壓為0.40Pa，B的飽 和蒸氣壓為6.78×10^-7Pa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅，因此，無法采用真空冶煉的方法去除B。

日本東京大學(xué)Kazuki?Morita等人在論文“Refining?of?Si?by?the?solidification?of?Si-Al?melt with?electromagnetic?force”(ISIJ?International，Vol.45(2005)，No.7，pp.967～971)中提出在電 場作用下從Si-Al合金熔體中固化精煉硅的方法，并從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量中得出B在Si-Al 合金熔體中的分凝系數(shù)有較大幅度的降低。而在另一篇論文“Boron?removal?by?titanium addition?in?solidification?refining?of?silicon?with?Si-Al?melt”(Takeshi?Yoshikawa，Kentaro?Arimura， Kazuki?Morita，Metallurgical?and?Materials?Transactions?B，Volume?36，Number?6，837～842，2005) 中提出，在Si-Al合金熔體中添加Ti元素，可形成TiB₂沉淀析出。美國專利US4256717和 US4312848也公開了采用類似分離結(jié)晶方法，添加合金元素，去除多晶硅中的B雜質(zhì)。但以 上方法在如何將Si和Al分離，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等方面仍有待研究。美國專利US20060123947 采用電子束真空冶煉，將多晶硅中的B雜質(zhì)從55ppmw降至25ppmw。美國專利US5182091 和Tomonori?Kumagai等的論文(Tomonori?Kumagai?et?al.Removal?of?boron?from?metallurgical -grade?silicon?by?applying?the?plasma?treatment”ISIJ?International，1992，32(5)，630-634)均公 開了一種向熔融硅表面施加等離子體的方法，具有很好的除B效果，但以上工藝耗電大、設(shè) 備要求高、成本昂貴。

目前，低成本冶金法除B主要利用反應(yīng)氣體和熔渣與硅液中的B發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn) 物將以含B的氣體，比如HBO₂形式從體系中排出，或生成硼氧化物，如BO_1.5，進(jìn)入熔渣體 系中，通過渣金分離除去。