[發明專利]多晶硅的除鐵方法

無效

• 申請號: 201010142706.3
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101823717A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 余志輝;齊濤;王麗娜;曲景奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于多晶硅技術領域，特別是提供了一種多晶硅的除鐵方法，實現了工藝簡單、成本低、污染少。

背景技術

隨著地球上化石能源儲量的急劇減少，環境問題日趨嚴峻，人類積極發展既環保又可再生的新型能源。目前，已經進入人類生活中的可再生能源有太陽能、風能等，其中太陽能是人類最重視的一種，這種情況在發達國家能夠很好的體現。多晶硅是制備硅太陽能電池、各種硅分立器件和各種硅集成電路的基本原料，是發展太陽能產業和信息微電子產業的戰略物資。金屬硅中含有大量的金屬雜質和非金屬雜質，這些雜質嚴重影響了太陽能電池的效率，不能滿足太陽能電池行業所需硅原料的要求，需要將1N-2N的工業多晶硅提純到6N-7N的太陽能多晶硅和9N-12N電子級的多晶硅。現有對金屬硅的提純方法有物理法和化學方法兩類。物理法是采用濕法冶金法、定向凝固、區域提純和直拉單晶等方法進行有效分離提純的方法，物理法不改變硅的成分。濕法冶金法可以在常溫下進行，運行成本低，設備簡單、處理量大，缺點是處理過程中需要使用大量腐蝕性酸，特別是氫氟酸，且還需要通過和別的物理法結合才能生產出合格的太陽能級硅材料。化學方法有西門子法、改良西門子法和硅烷法等。西門子法是將Si和HCl反應生成SiHCl₃，將SiHCl₃反復蒸餾提純后通氫氣還原出高純硅。改進西門子法是將西門子法的副產品SiCl₄回收。硅烷法是將硅通過化學反應生成SiH₄，然后再將SiH₄分解為高純硅。這些化學方法是通過硅成分的變化過程而有效去除硅中金屬、硼和磷等各種雜質的，但是成本高、耗電大、設備復雜、還存在污染和爆炸的危險。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多晶硅的除鐵方法，解決了現有太陽能級多晶硅提純工藝中鐵去除難，工藝流程長，污染大的缺陷，實現了工藝簡單、提純效果好、且成本較低。本發明利用冶金原理，通過一種簡單的方法來提純多晶硅，減少廢酸的排放，同時還能除去多晶硅中其他金屬雜質，達到降低成本的目的，滿足了低成本生產太陽能多晶硅的需要。

為實現上述目的，本發明包括以下步驟：

1)將多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得硅粉；

2)將硅粉用有機溶劑去油處理；

3)將去油后的硅粉放在酸中浸泡，浸泡時間為1-48小時，再清洗烘干。

其中第一步所述的多晶硅經粉碎，球磨，篩選的硅粉粒度為在50-350目。所述的去油處理可先采用有機溶劑甲苯或三氯乙烯等去油處理后，再依次用丙酮或乙醇進行處理，最后清水洗滌至少3遍。

第三步酸中浸泡(也稱作酸洗)所采用的酸可以是鹽酸、硫酸、氫氟酸或王水中的一種或多種，通過酸洗可以除去硅粉中的鐵等金屬雜質。在酸洗過程中的溫度最好為20-150℃，酸洗時間最好為1-48h，酸洗過程重復進行1-3次，酸洗可以是在靜置、攪拌、振蕩或超聲的條件下進行，酸洗過程中需要加入Fe、Ti³⁺、SO₃^2-等還原劑。酸浸泡后的硅粉，可采用冷熱去離子水反復沖洗至中性，并在40-80℃烘干。

本發明的優點是工藝和目前通用的后續提純工藝完全兼容，與傳統濕法冶金方法相比，減少強腐蝕性污染和硅損失。本發明的有益效果為：可得到Fe含量低于100ppm的多晶硅原料，在溫和條件下完成提純，操作簡單、成本較低，能夠很好地實現低成本生產出滿足太陽能多晶硅的要求。

具體實施方式

實施例1：

將含鐵16096ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為350目的硅粉，將硅粉依次用有機溶劑三氯乙烯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入2M的鹽酸中，加入適量Fe粉做還原劑，超聲波中進行處理，酸浸時間為4h，溫度為60℃，經過酸洗后的硅粉，用去離子水反復清洗至流出的水顯中性為止，再將硅粉在60℃下干燥，得到鐵含量為132ppm的硅粉。

實施例2：

將含鐵16096ppm的多晶硅塊粉碎，球磨，篩選得直徑為250目的硅粉，將硅粉依次用有機溶劑甲苯、丙酮和乙醇去油處理，并用冷熱去離子水沖洗。將去油后的硅粉放入H⁺為2M的王水中，加入適量Ti₂(SO₄)₃作還原劑，酸浸時間為8h，溫度為50℃，進行攪拌浸取，經過酸洗后的硅粉，用去離子水反復清洗至流出的水顯中性為止，再將硅粉在50℃下真空干燥，得到鐵含量為98ppm的硅粉。