[發明專利]一種提純硅的方法

無效

• 申請號: 201110203661.0
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN102351197A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 姜學昭
• 申請（專利權）人: 姜學昭
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 吳小燦

本申請為專利申請號為“201010129540.1”，申請日為“2010年3月19日”，發明名稱為“一種提純硅的方法”的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種制取高純硅的方法，所制高純硅用于太陽能電池。

背景技術

太陽能發電分為光熱發電和光伏發電，通常說的太陽能發電指的是太陽能光伏發電。光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池，而制備太陽能電池的關鍵在于制備高純硅。

避開現有技術中高成本、高能耗、環保負擔重的改良西門子法(化學法)，采用物理法制取用于太陽能電池的低成本、低能耗、環保負擔輕的高純硅，這是促進光伏發電向主體能源轉化的長期追求。

已初見成效的物理法大體上是兩類提純方法的組合。第一類是可以除去硅中絕大多數雜質，提高硅整體純度的定向凝固和區域熔化法。這是物理法中的基礎方法。第二類是針對第一類方法難以除掉的硅中電活性雜質硼、磷的專項提純方法。兩類方法互補加合已制備出能制造出太陽能電池的高純硅。從實際效果看，所制出的太陽能電池存在光電轉換效率不夠高和出現快衰退現象的缺陷，這表明現有技術制得的高純硅中的雜質含量尚不穩定，硅的純度也仍需進一步提高。因此，兩類提純方法都有待進一步改進。

現有除硼、磷的方法可分為：酸洗法、氧化法、高溫真空蒸發法(1500℃以上)和定向凝固法。酸洗法、氧化法和蒸發法只限于在固體硅和熔融體硅的表面上進行，反應的持續進行是依靠在硅體內濃度很低(百萬分之幾)的硼、磷原子的濃差擴散維持，單次操作的效果有限。高溫蒸發過程還會帶來環境對硅的污染。由于硼、磷的分凝系數比較大，單次定向凝固的提純效果也不好。再者，現有去除硼和磷的方法中還沒有一種能同時去除硼和磷兩種雜質的方法。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種新的提純硅的方法，可以同時有效去除硅中的有害雜質硼和磷，并能同時降低硅中其他雜質的含量，將4N級(即純度為99.99％，下同)或5N級(即純度為99.999％，下同)硅的純度進一步更高，更好地滿足太陽能電池對高純硅的要求。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種提純硅的方法，其步驟如下：

(1)將由4N或5N級鋁和4N或5N級硅制備的鋁硅合金和待提純硅緊密接觸地置于封閉環境后抽真空，當氣壓低于10^-2Pa時加熱，鋁硅合金熔化形成鋁硅熔體；

(2)控制加熱裝置，使鋁硅熔體和待提純硅的界面溫度達到900℃，且鋁硅熔體的自由端溫度達到800℃，此后保持恒溫，使鋁硅熔體的自由端析出提純硅；

(3)提純硅的結晶開始析出后，與析出硅的生長速度同步地調整加熱裝置，保持鋁硅熔體兩端的溫度；

(4)當待提純硅溶解完畢時，降溫至室溫，恢復氣壓后取出爐料，將析出的提純硅切下。

如上所述的提純硅的方法，其中，所述鋁硅合金制備方法如下：

取4N或5N級鋁和4N或5N級硅，按照硅為26％、鋁為74％的重量百分比混合，將鋁硅混合物在氣壓低于10^-2Pa的條件下熔化，當鋁硅混合均勻后，迅速停止加熱，冷卻后得到鋁硅合金。

如上所述的提純硅的方法，其中，所述待提純硅的重量為所述鋁硅合金的重量的80％-120％。

另一種提純硅的方法，其步驟如下：

(1)將4N或5N級鋁和待提純硅緊密接觸地置于封閉環境后抽真空，當氣壓低于10^-2Pa時開始加熱，當鋁和硅的溫度均達到800℃時保持恒溫，使部分硅溶解在鋁中形成鋁硅熔體；

(2)待溶解在鋁中的部分硅溶解均勻后，控制加熱裝置，保持鋁硅熔體溫度為800℃，而將未溶解硅的溫度提升，當鋁硅熔體和硅的界面溫度達到900℃時，溶質硅開始向鋁硅熔體一側擴散，并析出提純硅；

(3)提純硅的結晶開始析出后，與析出硅的生長速度同步地調整加熱裝置，保持鋁硅熔體兩端的溫度；

(4)當待提純硅溶解完畢時，降溫至室溫，恢復氣壓后取出爐料，將析出的提純硅切下。

如權利要求4所述的提純硅的方法，其中，所述待提純硅的重量與所述鋁的重量比為106％-146％：74％。

本發明的有益效果為：

由于溶劑選用4N或5N級鋁，鋁硅熔體中可容雜質量較大，從而保證了純硅的析出量。圖1的Al-Si二元相圖顯示析出物為不含鋁的純硅。