[發明專利]一種太陽能級多晶硅脫硼的提純方法

在審

• 申請號: 201110268626.7
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102320610A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 孔繁敏;安利明;孫湘航;王新元;司繼良;陳建玉
• 申請（專利權）人: 山西納克太陽能科技有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 盧茂春

技術領域

????本發明涉及一種太陽能級多晶硅脫硼的提純方法，特別是涉及一種采用高周波電磁誘導、分批多次造渣的多晶硅脫硼提純方法。

背景技術????

目前，能源和生態環境問題是全世界人民共同關注的兩大全球性問題。太陽能被認為是21世紀最重要的新能源，是因為其分布廣泛、清潔、無污染等優點而備受青睞。太陽能光伏發電具有最廣闊的發展前景，是各國著力發展的可再生能源技術之一。

由于全世界加速普及太陽能發電，因此太陽能光伏產業發展迅猛，造成太陽能級多晶硅大量短缺，所以目前國內外多晶硅技術發展趨勢與擴產計劃，都是為了滿足太陽能光伏產業發展需求為特點。而且，當前多晶硅主要的新增需求來自于太陽能光伏產業，國際上已經形成開發低成本、低能耗的太陽能級多晶硅生產新工藝技術的熱潮，并趨向于把生產低純度的太陽能級多晶硅工藝和生產高純度電子級多晶硅工藝區分開來，以降低太陽能級多晶硅生產成本。

作為太陽能電池中的重要摻雜元素硼，其含量對太陽能電池性能有重大影響。由于硼與硅的物理性質相近，硼在硅中的分凝系數(0.8)接近于1，無法通過定向凝固去除，而且其沸點高達2550℃，通過真空的辦法也沒有脫除效果，因此如何有效去除硅中的硼雜質是提純過程中的一個關鍵性難題。

近年來不斷報道了物理冶金法除硼的新工藝，主要包括吹氣造渣、合金定向凝固、等離子體熔煉等。其中，等離子體工藝較復雜，成本較高，合金定向凝固在工業化生產中如何實現Si和Al等合金金屬的有效分離，還需進一步研究。因此吹氣造渣是目前低成本冶金法除硼的主要方法。吹氣與造渣可單獨進行，也可以同時進行。

吹氣除硼的主要方法是在真空下通氧化性氣體，如美國專利US?5972107“Frederick?Schmid?Chandra?P.?Khattak?Method?for?Purifying?Silicon,?PatentNumber?5972107,?Oct.?26,?1999”；C.P.?Khattak等人（C.P.?Khattak.?et?al.,?A?simple?process?to?remove?boron?from?metallurgical?grade?silicon.?Solar?Energy?Materials?&?Solar?Cells,?2002,?74:967-971）指出吹氣時的反應氣體主要含O、H、Cl等成分，與硼反應形成揮發性氣體排出。美國專利US20070180949?(Kondo?Jiro?rt?al.,?Method?for?removing?boron?from?silicon)公開一種吹氣除硼的方法，從硅液底部吹入由Ar、H₂、H₂O和O₂等組成的反應氣體，硼可以從25ppmw降至5ppmw。

美國專利US?20050139148(Fujiwara?Hiroyasu?et?al.,?Silicon?purifying?method,?slag?for?purifying?silicon,?and?purified?silicon)采用吹氣與造渣同時進行的方法，反應氣體是水蒸氣含量為30%的Ar,?通過旋轉部件中心管道吹入，助渣劑選用SiO₂和CaO，硼可從7.4ppmw降至0.8ppmw。

吹氣造渣法在工業上的應用仍存在以下問題：首先，硼的去除效果仍難達到太陽能級多晶硅的純度要求。其次，吹氣方式存在局限性，通氣部件易損壞、腐蝕，對設備的要求高。并且在高溫下部分氧化性氣體會與硅反應，造成硅損失。

對于造渣，選擇合適的造渣劑很重要，另外選取造渣的方式也非常關鍵。以上的多晶硅造渣脫硼方法存在一定的局限性，如美國專利US5788945(Anders?Schei,?Method?for?refining?of?silicon)公開一種通過向硅液中連續添加助渣劑的方法，助渣劑成分為60%CaO和40%SiO₂,?硼從40ppmw下降至1ppmw。此專利這種連續加助渣劑的方法，由于渣系與硅液接觸程度有限，導致反應難以充分進行，從而硼的含量指標達不到0.3ppm以下。

發明內容????

本發明要解決的技術問題在于克服上述已有技術制造多晶硅脫硼的難題，提供一種高周波電磁誘導精煉、分批多次造渣的多晶硅脫硼提純方法。

本發明的多晶硅脫硼的提純方法，包括以下工藝步驟：

（1）選擇金屬硅為原材料；