[發明專利]一種太陽能級多晶硅的制造方法

在審

• 申請號: 201110268630.3
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102432020A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 孔繁敏;孫湘航;司繼良;安利明;王新元
• 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的制造方法，特別是涉及一種生產過程完全沒有酸堿參與處理的物理冶金法多晶硅制造方法。

背景技術????

當前由于能源危機及傳統能源帶來環境的污染，為了實現可持續發展，世界各國都在積極調整自己的能源結構，大力發展利用可再生能源。太陽能是公認的取之不盡用之不竭的能源，是無污染、廉價、人類可自由利用的能源。太陽能電池產業作為未來的主要戰略能源，受到大家的共同積極關注。

制造太陽能電池用的多晶硅材料，其純度要求在6N(99.9999%)以上，其中硼（B）的含量須小于0.3ppm，磷（P）的含量須小于0.1ppm，而Al、Fe、Ca等金屬雜質要求小于0.1ppm，總雜質含量不超過1ppm。

過去，由于光伏市場一直不具備規模市場化，因此，并沒有形成自己的供應鏈產業。太陽能所用的電池一直是采用半導體級的高純硅的副產品（現在俗稱鍋底料、邊角料、頭尾料）或者改進西門子化學方法提純出來的第三等級材料，但是采用這種材料制備多晶硅電池成本非常高。而且西門子法的中間產品SiHCl₃(或副產品SiCl₄)有劇毒，生產過程大量使用液氯、氫氣，存在環保與安全隱患。隨著太陽能產業鏈的形成，硅材料依賴集成電路硅的廢次原料的模式已經無法滿足太陽能產業的需要，因此急需開發出一種多晶硅的物理冶金法提純工藝，由于其投資少、對環境污染小，建設周期短，生產能耗低被認為是多晶硅提純工藝中最有前途的一種工藝。

全球很多科研院所正在大力開發物理法提純多晶硅的新工藝，主要包括濕法冶金、吹氣、造渣、定向凝固、真空感應熔煉、電子束、等離子體反應、熔鹽電解、合金化冶煉等工藝。

目前主要的生產工藝方法都存在一定的局限性，如中國專利CN?101844768提到了一種將造渣后的硅料進行破碎磨粉，用鹽酸、王水分別浸泡得以去除金屬硅中的磷硼的冶金法提純工藝。中國專利CN?101122047提到了將硅粉磨細后，用濃硝酸浸泡并攪拌清洗后，加熱烘干硅粉后置于高真空電子束爐中除雜質提純。他們均用到了酸堿參與提純過程，這樣勢必會對環境產生污染及提高生產成本。

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用到酸堿處理的難題，提供一種生產過程完全沒有酸堿參與處理的多晶硅制造方法。

本發明包括以下工藝步驟：

（一）將金屬硅在高周波電磁誘導精煉爐中熔化為熔融硅；所述的金屬硅的粒徑是5～100mm，金屬硅的純度為99％（2N）以上，其中B含量為5ppm，P含量為15ppm。

（二）將步驟（一）所得到的熔融硅的溫度升至1500－1600℃，在升溫過程中間隔性地往熔融硅里面添加造渣劑，進行造渣脫去硅中的硼雜質，間隔時間是20－30分鐘；

所述造渣劑的制備過程是按重量百分比Na₂CO₃為20%～50%；SiO₂為50%～80%的配料混合均勻即為造渣劑，Na₂CO₃顆粒、SiO₂顆粒的粒徑小于20mm；

所述造渣劑的添加量為熔融硅重量的40～100％；

（三）將步驟（二）所得到的硅料置于一次直拉爐裝置中進行直拉，初次除去硅料中的金屬雜質；

（四）將步驟（三）得到的硅料置于連續進料真空熔煉爐中，在低于10^－3Pa的真空狀態下進行熔煉，除去其中的磷雜質；

（五）將步驟（四）得到的硅料傾入二次直拉裝置中進行二次直拉，再次除去硅料中的其它金屬雜質，得到硅棒；

（六）切除硅棒尾部，即可得到6N以上提純好的太陽能級多晶硅。

在步驟（三）中，所述的一次直拉指進入步驟（一）中2N級金屬硅中的金屬雜質含量在700ppm以上時需進行該工藝步驟。相反，如果進入步驟（一）中2N級金屬硅中的金屬雜質含量在700ppm以下時，該步驟可略去。

在步驟（四）中，所述的真空熔煉爐指真空感應熔煉爐，感應體為置于熔煉爐中盛放硅料的石墨坩堝。

在步驟（五）中，所述的二次直拉裝置，是指位于步驟（四）中所述真空感應熔煉爐內的另一裝置。

在步驟（六）中，所述的6N以上的太陽能級多晶硅，是指純度為99.99995％～99.99999％的太陽能級多晶硅。