[發(fā)明專利]一種太陽能級帶渣硅料的分離和提純方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010618464.0
• 申請日: 2010-12-30
• 公開（公告）號: CN102173422A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪賀杏;王麗
• 申請（專利權(quán)）人: 上海九晶電子材料股份有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硅料的提純技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及單晶拉制過程中的帶渣吊肩料、單晶尾部帶渣硅料的分離和提純方法，該方法通過對帶渣硅料的重新熔化、吊肩渣料、引晶、等徑、收尾等步驟拉出多晶硅棒達到分離渣料和提純硅料的目的。

背景技術(shù)

金融危機過后，經(jīng)歷風(fēng)雨的光伏產(chǎn)業(yè)快速復(fù)蘇，多晶硅市場持續(xù)火熱，不少太陽能電池生產(chǎn)商反映，目前在市場上的多晶硅進貨變得很難，甚至“一單難求”，多晶硅價格近期來不停上躥。充分利用直拉單晶產(chǎn)生的邊角料對降低成本減少資源的浪費起著至關(guān)重要的作用。

直拉法拉制硅單晶使用的原料有多晶料、復(fù)拉料、IC級電路片廢料等，其中多晶料中的菜籽料、夾層氧化料、菜花料，復(fù)拉料中的堝底料以及IC級電路片廢料中有部分不易清洗且高溫不熔化的雜質(zhì)如：各種晶態(tài)和非晶態(tài)的硅氧化合物、菜籽料上包覆的氮化硅層、IC級電路片上的各種鍍層。這類原料通常在單晶拉制的前期和收尾時產(chǎn)生帶渣吊料或者帶渣尾料，其原因一是在硅料全熔時，這部分雜質(zhì)漂浮在硅料液面上，而直拉工藝中通常采用吊肩料的方式，如開始拉單晶之前先拉取一段目標(biāo)多晶，之后將目標(biāo)多晶回熔，主要目的是利用在回熔過程中固態(tài)與液態(tài)之間的溫度差對硅溶液中的固態(tài)雜質(zhì)進行吸附，已達到除雜的目的。二是在單晶斷棱收尾的時候，渣料也會粘附在尾部形成尾部渣料。這些帶渣吊料或者尾部渣料中，大部分都是純度可以達到太陽能級的硅料，可以再次使用。當(dāng)再次使用時，需要去除掉上面的渣物，目前去除掉上面的渣物均為機械打磨方式，這種機械打磨方式存在著硅料損耗大、易引入磨料污染的問題，且對硅料內(nèi)部包覆的渣物很難去除。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有機械打磨方式所存在的不足而提供一種太陽能級帶渣硅料的分離和提純方法。該方法經(jīng)濟實用、不引入污染、渣物能夠去除徹底。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種太陽能級帶渣硅料的分離和提純方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1、用百潔布蘸取洗潔精擦洗帶渣硅料表面，用純水沖洗干凈，烘干；

2、將帶渣硅料投爐、抽空、檢查冷卻水是否暢通，漏氣速率小于0.5pa/min，水壓應(yīng)保持在0.15-0.18Mpa，確認正常后方可升溫；

3、整個熔融過程的升溫分三步進行：第一步：升溫加熱功率20～30kw，加熱時間20-30min；第二步：升溫加熱功率60-70kw，加熱時間20-30min；第三步：升溫加熱功率90-100kw，直到全熔狀態(tài)；

4、待帶渣硅料全熔后，先拉取一段目標(biāo)多晶，之后將目標(biāo)多晶回熔，利用在回熔過程中固態(tài)與液態(tài)之間的溫度差對硅溶液中的固態(tài)浮渣進行吸附；

5、將籽晶插入液面下，降低功率至50-60Kw控制溫度在1400℃左右，拉速控制在2.5-4mm/min，引出多晶，然后等徑拉制出吊料多晶圓棒；

6、收尾、停爐。

本發(fā)明的原理如下：

對于菜籽料的帶渣吊料或者帶渣尾料而言在1400℃下，硅料開始融化，氮化硅薄膜開始脫落，借助硅液面的表面張力浮在液面上；對于夾層氧化多晶的帶渣吊料或者帶渣尾料，在硅料全熔時渣料中較小的硅氧化合物硅液接觸會發(fā)生反應(yīng)，溫度越高，反應(yīng)越劇烈，生成物SiO可以固相存在，部分在高溫下快速升華，被流動的氣體帶走，部分在上表面形成疏松多孔的固體物質(zhì)結(jié)構(gòu)。較大的硅氧化合物顆粒由于有氣隙存在，擴大了其與液相硅液之間的密度差(硅氧化合物的密度約為1.902g/cm^-3，硅液的密度為2.533g/cm^-3)，更易于上浮，從而與硅液分離。此外，凝固時固液界面對硅氧顆粒也有排斥作用，促進了硅氧化合物與硅液的分離。因此通過重熔，可以將單晶硅帶渣吊料或者尾料中的渣相與硅料分離。再通過吊肩料的方式將渣集中吊出。

由于渣料的主要成分是硅氧化合物，在硅料全熔的時候會有一部分氧原子擴散到液態(tài)硅中，造成含氧量的偏高的現(xiàn)象。可以通過籽晶引出多晶并將剩余硅料等徑吊出，硅液中的氧會因分凝效應(yīng)而主要集中在底部，這樣就可以降低重熔硅塊中部的氧含量。基于同樣的原理，還可對金屬雜質(zhì)及碳提純，降低重熔硅塊中部的碳及金屬雜質(zhì)含量。通過重熔的方式，利用渣物比重小于液態(tài)硅料的特點，將帶渣吊料或者帶渣尾料收集重熔，集中吊肩渣，拉制出多晶圓棒達到除渣提純硅料的效果。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實例作詳細說明

實施例1：

1、選取60公斤帶渣吊肩料，電阻率在0.5-3Ω·cm，百潔布蘸取洗潔精擦洗，純水漂洗干凈，烘干；