[發明專利]一種太陽能級多晶硅脫磷的提純方法

無效

• 申請號: 201110268669.5
• 申請日: 2011-09-13
• 公開（公告）號: CN102424389A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 孔繁敏;王新元;安利明;孫湘航;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磷的提純方法，特別是涉及一種采用連續真空脫磷的提純方法。

背景技術????

太陽能發電被稱為是21世紀最重要的新能源，是因為太陽能有清潔、安全、資源豐富的優點，同時能緩解能源短缺等問題。隨著科技的發展，太陽能光伏產出的電能為最高品位的能源，其應用領域廣泛，在家庭和公共場所的用電、路燈、通訊、交通信號系統等領域都可發揮作用。在電子信息、航空航天等領域也有著十分廣泛的應用前景。太陽能資源的有效開發利用對社會經濟的發展起到了巨大推動作用，給太陽能光伏產業以更大的市場發展空間。

但是目前光伏發電所需要的太陽能級硅主要是用改良西門子等化學工藝生產的原料，雖然純度高，但是其成本也高居不下，西門子法生產存在污染環境的問題。但是隨著光伏產業的迅猛發展對硅材料大量急需，因而硅原料已成為光伏產業發展的最主要問題之一。

為此，目前世界各國都在積極探索生產高純硅材料的新工藝，其中物理冶金法由于投資少、污染小、建設周期短、生產能耗低，而且純度在6N左右，完全滿足太陽能級硅材料的純度要求，被認為是最能有效地降低多晶硅生產成本的技術。冶金法提純多晶硅的主要涉及濕法冶金、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。

太陽能級多晶硅中磷的含量必須小于0.1ppm。由于磷在硅中的分凝系數比較大，在純硅中達0.35，很難通過定向凝固或區域熔煉等方法去除。目前國際上已經發展多種去除太陽能級多晶硅中磷雜質的方法，如酸洗除磷、合金定向凝固和真空除磷等。

以上提到的多晶硅脫磷的提純方法有其局限性，如日本東京大學的Takeshi?Yoshikawa以及Kazuki?Morita.教授在《Metallurgical?And?Materials?Transaction?B》雜質上發表的論文“酸洗加鈣除磷的熱力學研究”（2004，4：Vol?35BP），利用化學平衡的方法研究在1732K下熔融的硅中鈣與硅的相互作用，得出加鈣有利于降低磷在硅中分凝系數，形成Ca₃P₂，沉淀在SiCa₂附近利用酸洗能夠去除Ca₃P₂。其中用到了酸洗，勢必對環境帶來污染。這不是我們所倡導的真正意義上的物理法提純工藝。

Masao?Miyake等人(Masao?Miyake,?Tomoki?Hiramatus?and?masafumi?Maeda,?Removal?of?Phosphorus?and?Antimony?in?Silicon?by?Electron?Beam?Melting?at?low?Vacuum,?Journal?of?the?Japan?Institute?of?Metals[J],?2006,?70(1):43)采用電子束熔煉在5～7Pa的真空條件下經過1h，磷可以從200ppmw降到1ppmw。該方法中用到了電子束造價昂貴的裝備，不利于發展低成本太陽能級多晶硅產業化的路線。

真空除磷是由于磷在高溫下的飽和蒸汽壓遠遠大于硅，因此可以通過真空冶煉的方法，在一定的高真空下，使磷揮發進入氣相中，可以得到很好的除磷效果。如Noriyoshi?Yuge等人(Noriyoshi?Yuge,?et?al.,?Removal?of?Phosphorus,?Aluminum?and?calcium?by?Evaporation?in?Molten?Silicon?[J].?Nippon?Kinzoku?Gakkaishi/?Journal?of?the?Japan?Institute?of?Metals,?1997,?61(10):1?086.)在溫度1915K，真空度8.0×10^-3～3.6×10^-2Pa的條件下將磷的含量降低至0.1ppmw以下。該方法獲得的指標很好，但其真空除磷方式屬于單坩堝間歇式除磷方法。

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磷的難題，提供低成本的一種多晶硅的連續真空脫磷提純方法。

本發明的多晶硅脫磷的提純方法，包括以下工藝步驟：

（1）選擇金屬硅為原材料；

（2）開啟高真空感應爐的真空系統，依次開啟前級機械泵及擴散泵使爐室內達到高真空狀態；所述的高真空是指控制在1.2×10^－3～2.4×10^－3Pa；???