[發(fā)明專利]一種從低溫熔體中連續(xù)拉晶提純多晶硅的方法及專用裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010123657.9
• 申請(qǐng)日: 2010-03-12
• 公開（公告）號(hào): CN101798705A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣君祥;胡建鋒;徐璟玉;戴寧;褚君浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海太陽(yáng)能電池研究與發(fā)展中心
• 主分類號(hào): C30B15/20
• 分類號(hào): C30B15/20;C30B15/02
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽(yáng)能級(jí)高純多晶硅的制備方法，具體是指一種從低溫熔體中連續(xù)拉晶提純多晶硅的方法，及制備該方法所用的專用裝置。

背景技術(shù)

多晶硅作為晶體硅太陽(yáng)電池的主要原料，隨著光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)其需求量越來(lái)越大。傳統(tǒng)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的主要來(lái)源是生產(chǎn)電子級(jí)單晶硅時(shí)剩余的堝底料，以及單晶硅錠切削屑等廢品料。

目前(改良)西門子法是生產(chǎn)高純多晶硅的主要方法，該方法雖然獲得的多晶硅純度高，但有著能耗高、污染大，投資規(guī)模大，建設(shè)周期長(zhǎng)等諸多缺點(diǎn)。近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能級(jí)多晶硅供求矛盾的日益凸顯，以及進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的愿望，一些制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的新技術(shù)、新方法得到了快速發(fā)展。從最近公開的技術(shù)研究趨勢(shì)看，通過(guò)物理冶金手段直接將金屬硅提高純度至太陽(yáng)能級(jí)已經(jīng)成為目前技術(shù)研究發(fā)展的一個(gè)主要方向，這些技術(shù)包括：電子束加熱真空除磷、等離子體加熱除硼、定向凝固、氧化精煉等。值得注意的是，硅中的B、P偏析系數(shù)接近1，通過(guò)簡(jiǎn)單的定向凝固或區(qū)域熔煉是無(wú)法去除的，特別是B，其沸點(diǎn)與硅相近，通過(guò)真空同樣無(wú)法除去。正因?yàn)槿绱?，B、P雜質(zhì)的去除成為冶金法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的主要難點(diǎn)和重點(diǎn)。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?6198989.0和98109237.3中均介紹了一種多晶硅的制造方法，該方法首先在高真空下通過(guò)電子束加熱，精煉除磷，然后進(jìn)行一次定向凝固，將鑄錠上部雜質(zhì)濃度高的部分切除，剩余部分用等離子體電弧氧化精煉除硼，再進(jìn)行一次定向凝固，最終獲得B、P含量較低的多晶硅。然而，該方法使用的電子束加熱和等離子加熱，能耗大、設(shè)備昂貴。整個(gè)工藝需要的溫度均在1420℃以上，操作溫度較高，且流程復(fù)雜，硅的損失率也很高。

另外，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00480035884.9中介紹了一種溫度低于硅熔點(diǎn)的除磷方法，該方法先將工業(yè)硅研磨成細(xì)粉，并在真空中保溫36小時(shí)，溫度約為1370℃，以達(dá)到除磷的效果。該方法雖然能去除一部分磷，但磷的去除率低，整個(gè)工藝處理時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，硅研磨時(shí)還會(huì)帶入其它雜質(zhì)。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00910094519.X中介紹了一種除硼的方法，該方法將硅粉與硫化物、氯化物、氟化物等混合，研磨成型，在600～1600℃反應(yīng)，使硼生成硫化物、氯化物或氟化物揮發(fā)除去。該方法主要的問(wèn)題在于需要將硅粉碾磨到很細(xì)，且添加的硫化物、氯化物、氟化物純度需要達(dá)到99.999％，很難實(shí)現(xiàn)。

硅能與多種金屬形成二元或三元共晶，圖1所示是典型的金屬單質(zhì)與硅的二元共晶相圖，其共晶點(diǎn)成分為Ae％Si，共晶溫度為Te。將硅含量為A0％的硅過(guò)共晶體在高于T0溫度下熔化形成熔體后，熔體溫度冷卻至T0溫度時(shí)，硅開始沿著固相線析出，當(dāng)熔體繼續(xù)冷卻至T1溫度時(shí)，熔體中硅含量變?yōu)锳1％，此時(shí)將有(A0-A1)％的硅析出。根據(jù)文獻(xiàn)(ISIJ?International，Vol.45(2007)，No.7pp.967-971Refining?of?Si?by?the?solidification?of?Si-Al?melt?with?electromagneticforce)報(bào)道，由于硅在低溫熔體中的析出溫度遠(yuǎn)低于硅的熔點(diǎn)，800℃時(shí)B和P在硅鋁熔體中分凝系數(shù)比在硅中小一個(gè)數(shù)量級(jí)，所以從熔體中析出的硅，其B、P含量較低，可以達(dá)到較高純度。

中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810121943.4中介紹了一種金屬硅的物理提純方法，該方法將硅和鋁按一定比例混合后，加熱到750～1450℃保溫一定時(shí)間形成硅鋁熔體，然后簡(jiǎn)單降溫、清洗、干燥后獲得純度達(dá)99.99％的硅。該方法只是采用簡(jiǎn)單的降溫，所析出的片狀硅晶體均勻分散在鋁中間，無(wú)法簡(jiǎn)單取出，并且不能連續(xù)生產(chǎn)。

盡管從低溫熔體中析出的硅具有較高的純度，但怎樣實(shí)現(xiàn)硅晶體與熔體的分離是尚沒(méi)有解決的難題。上述文獻(xiàn)提出采用電磁冶金的方式，使析出的硅在鑄錠的底部富集，實(shí)現(xiàn)硅晶體與熔體的分離。美國(guó)專利4256717提出采用濾網(wǎng)撈起的辦法將硅晶體分離出來(lái)。這兩種方法在一定程度上達(dá)到了分離的目的，但分離效果不是很好，并且從生產(chǎn)效率、生產(chǎn)的連續(xù)性、可操作性方面來(lái)說(shuō)，不是很適合規(guī)?；a(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述已有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種可適合規(guī)?；a(chǎn)的，從低溫熔體中連續(xù)拉晶提純多晶硅的方法，及制備該方法所用的專用裝置。

一種從低溫熔體中連續(xù)拉晶提純多晶硅的方法，其步驟如下：