[發(fā)明專利]一種太陽(yáng)能級(jí)多晶硅脫金屬雜質(zhì)的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110268620.X
• 申請(qǐng)日: 2011-09-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102424388A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔繁敏;安利明;孫湘航;王新元;司繼良;徐民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西納克太陽(yáng)能科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B33/037
• 分類號(hào): C01B33/037
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能級(jí)多晶硅脫金屬雜質(zhì)的方法，特別是涉及一種采用定向拉棒去除金屬雜質(zhì)的多晶硅脫金屬的提純方法。

背景技術(shù)????

能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的兩大問(wèn)題，制約著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。常規(guī)化石燃料資源在地球中的儲(chǔ)量是有限的，隨著大規(guī)模工藝開(kāi)采和不斷增長(zhǎng)的能源消費(fèi)需求，全球的化石燃料資源正在加速枯竭，全世界都面臨著化石能源資源日益枯竭的巨大壓力。

而取之不盡、用之不竭的太陽(yáng)能，將在本世紀(jì)中葉成為我國(guó)的重要能源。作為21世紀(jì)最有潛力的能源，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｌ?yáng)能產(chǎn)業(yè)是新興的朝陽(yáng)行業(yè)，中國(guó)科學(xué)院黨組批準(zhǔn)啟動(dòng)實(shí)施太陽(yáng)能行動(dòng)計(jì)劃，該計(jì)劃以2050年前后太陽(yáng)能作為重要能源為遠(yuǎn)景目標(biāo)，并確定了2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年規(guī)模利用三個(gè)階段目標(biāo)。

中國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，全國(guó)三分之二的國(guó)土面積年日照小時(shí)數(shù)在2200小時(shí)以上，沙漠面積大，具有發(fā)展太陽(yáng)能的巨大潛力。可建造“沙漠電站”，起到發(fā)電與沙漠治理之功效。在海南，也在制定太陽(yáng)能利用和太陽(yáng)能發(fā)電建設(shè)總體規(guī)劃，打造“太陽(yáng)能光伏島”。這一系列舉措為中國(guó)減少對(duì)煤炭、石油等不可再生能源的依賴帶來(lái)了新的希望。

2009年乃至今后全球的光伏市場(chǎng)重點(diǎn)將從歐洲轉(zhuǎn)向美國(guó)，奧巴馬新政開(kāi)啟全球最大市場(chǎng)，這無(wú)疑給金融危機(jī)下的光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)十足的利好。今后5年內(nèi)，僅美國(guó)市場(chǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備需求量將是2007年全年增量的5.8倍。這將是非常大的市場(chǎng)需求，會(huì)給新能源行業(yè)帶來(lái)巨大的變化。從目前美國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)能看，自給率僅為70%，裝機(jī)量占全球的比例僅為8%，因此從中長(zhǎng)期看，美國(guó)市場(chǎng)的啟動(dòng)必然對(duì)包括中國(guó)太陽(yáng)能企業(yè)在內(nèi)的全球市場(chǎng)形成巨大拉動(dòng)。

同樣在今后的幾年里，國(guó)內(nèi)也將開(kāi)啟巨大的光伏市場(chǎng)。光伏發(fā)電作為重要戰(zhàn)略能源將在國(guó)家政策的大力支持下穩(wěn)步發(fā)展。

國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世界太陽(yáng)能電池發(fā)展的水平。這種快速的增長(zhǎng)是由于國(guó)內(nèi)外對(duì)光伏發(fā)電的迫切需求，各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的補(bǔ)貼政策相繼出臺(tái)，我國(guó)的可再生能源促進(jìn)法的通過(guò)及上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)的明確都將進(jìn)一步促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的迅猛發(fā)展。

從市場(chǎng)角度來(lái)說(shuō)，中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電的成本較德國(guó)和日本等成熟市場(chǎng)偏高。因此，在我國(guó)開(kāi)展低成本、無(wú)污染的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅物理法提純技術(shù)旨在降低太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)成本，從而降低太陽(yáng)能電池制造成本，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，普及太陽(yáng)能的利用，無(wú)疑是一個(gè)重要的技術(shù)決策方向。

關(guān)于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅必須滿足的純度要求，目前能夠?yàn)樾袠I(yè)所認(rèn)同的雜質(zhì)含量范圍為：P在0.1ppm以下，B在0.3ppm以下，Al、Fe、Ca等金屬雜質(zhì)總含量小于0.05ppm。

對(duì)于金屬雜質(zhì)Fe、Al、Ti、Zn等，由于其在硅中的分凝系數(shù)比較大，因此通過(guò)嚴(yán)格的定向凝固可以達(dá)到很好的去除效果，基本可以滿足太陽(yáng)能電池的需求。定向凝固技術(shù)提純太陽(yáng)能級(jí)硅的基本原理是利用雜質(zhì)元素在固相和液相中的分凝效應(yīng)達(dá)到提純的目的。

上面提到的定向凝固除金屬雜質(zhì)提純技術(shù)有一定的局限性，如中國(guó)專利CN101343063提到的將定向凝固后的硅錠切去上部金屬雜質(zhì)含量高的部分，得到提純的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。中國(guó)專利CN101585536提到的經(jīng)定向凝固后所得到的硅錠為原料，切除硅錠表皮與頭尾部后，進(jìn)入下一步驟的提純工藝。由于定向凝固金屬雜質(zhì)排向錠的上表面，錠的其余五個(gè)面也與坩堝直接接觸，在后道的選料過(guò)程中也要不同程度的去除掉。這樣就造成了硅料的浪費(fèi)，提純得到的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅良品率大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容????

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述已有技術(shù)制造多晶硅脫金屬的難題，提供一種采用定向拉棒去除金屬雜質(zhì)的多晶硅脫金屬提純方法。

本發(fā)明的多晶硅脫金屬的提純方法，包括以下工藝步驟：

（1）選擇金屬硅為原材料；

（2）開(kāi)啟高真空感應(yīng)爐的真空系統(tǒng)，依次開(kāi)啟前級(jí)機(jī)械泵及高性能擴(kuò)散泵使?fàn)t室內(nèi)達(dá)到高真空狀態(tài)；

（3）將占石墨坩堝容量1/10的金屬硅裝入位于高真空感應(yīng)爐內(nèi)的石墨坩堝中，開(kāi)啟高頻感應(yīng)電源將金屬硅熔化；

（4）待此硅料熔化后使硅液溫度保持在1560～1600℃，開(kāi)啟硅料連續(xù)送料裝置，投料至爐內(nèi)的石墨坩堝中進(jìn)行熔化；

（5）當(dāng)硅熔體達(dá)到坩堝一定容積時(shí)，將啟動(dòng)定向拉棒裝置，通過(guò)定向拉制脫除硅中的金屬雜質(zhì)；

（6）將定向拉制的硅棒的尾部雜質(zhì)聚集的部分切除后得到脫金屬提純后的多晶硅。