[發明專利]生產4N和4.5N的硅料的方法

無效

• 申請號: 201210012622.7
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102616786A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 吳昆旭;阿肖克·庫馬爾·辛哈;雷平·賴
• 申請（專利權）人: 上澎太陽能科技(嘉興)有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠

技術領域

本發明涉及4N和4.5N的硅料的生產方法，尤其涉及用于太陽能電池、LED等的4N和4.5N的硅料的生產方法。

背景技術

太陽能電池發電是可再生的環保發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣體，不會對環境造成污染。根據目前的工藝，基于多晶硅的太陽能電池生產有三個主要階段。首先，生產大量的硅片作為基底，其次，這些硅片通過形成p-n結以及金屬印刷加工成太陽能電池，第三，然后將這些晶片“封裝”成一個模塊，以便安裝到用戶的設備中。在太陽能電池生產中的關鍵技術材料是其制作材料-高純度硅的制備。

現有技術生產太陽能級高純硅的主要方法有三氯氫硅還原法、硅烷熱分解法、冶金法。

三氯氫硅還原法，又稱西門子法，用金屬硅為原料，加入濃鹽酸再在高溫條件下發生氫氯化反應生成三氯氫硅，加溫氣化后，再進行分餾，去除氣體中的雜質，得到很純的三氯氫硅，再用氫氣還原，就可以得到純的多晶硅。面臨的問題主要是回收和環保的問題。金屬硅的氫氯化，會帶來不少有害的氣體和液體，而三氯氫硅的還原，由于反應效率的問題，也會帶來不少的有害氣體的排放。這些氣體如果不回收，不僅污染環境，而且也增加了企業的成本。

硅烷熱分解法，通過熱分解含Si-H-CL的有害氣體制造太陽能電池的硅料，該含Si-H-CL的有害氣體如，二氯硅烷和三氯硅烷，進而生產超高純度的多晶硅，一般稱為九個九，即99.9999999％的純度。這些氣體是高度易燃且有毒的，由于氣化硅對環境和健康造成危害，在世界上只有少數工廠有能力運作，從而導致半導體和太陽能電池產業的成長“瓶頸”。新近提出的硅氣化工廠面臨當地社區環境和安全問題上的阻力。這些工廠還需要大量的資本投資和很長的運作周期。因此，總存在硅片需求和供應之間的不平衡。

上述工藝是眾所周知的，并且在行業內已實行多年。然而，半導體中的大部分成本(即，價值)在于將拋光硅片轉變為一個運作的集成電路。但在太陽能電池制造的過程中，用于生產太陽能電池片的拋光硅片的成本高于將拋光硅片轉變為一個運作的太陽能電池的制造成本。也就是說，在商業模式中，將硅晶片轉化為太陽能電池的過程，在太陽能電池板整體鏈中并不是一個高增值的制造步驟。因此，與太陽能電池制造技術的改進截然相反，任何改善或減少起始硅片的制造成本的措施將使成品太陽能電池板的價格急劇減少。

冶金法，是將金屬硅直接進行冶煉，將雜質通過高溫冶煉和定向凝固去除，可以得到較高純度的金屬硅。該種方法較前兩種方法成本較為低廉，安全性好，對環境友好，適于大規模工業生產。

雖然很多學術文章的結論認為冶金級硅料不能用于制造太陽能電池，但是，上澎公司(Sunpreme)已經開發并驗證了冶金級硅料太陽能電池板，該冶金級硅料太陽能電池板在效率上已能與單晶硅和多晶硅硅片制成的太陽能電池相匹敵。

現有的金屬硅冶煉方法主要為以冶金級硅料作為原料，經過冶煉、破碎、酸洗處理，然后在中頻爐中純化，最后在定向爐中進行定向凝固鑄錠，得到4N的硅料。這種方法需要用到定向凝固鑄錠法，又稱澆鑄法，是在石英坩堝內直接將分選好的多晶硅熔化，然后通過石英坩堝底部的熱交換等方式使熔體冷卻，制造多晶硅錠。在硅錠脫模時，需要敲碎石英坩堝才能方便地取出硅錠。由于需要消耗較多的石英坩堝，使得生產4N的硅料的成本支出較多。此外，定向凝固鑄錠法需要消耗大量的能源，也是導致生產成本支出較多的原因之一。

現有的金屬硅冶煉方法在生產成本、耗能方面仍有待進一步的改進。因此，需要可以降低生產成本、節能減排的生產4N和4.5N的硅料的方法。

發明內容

本發明的一個目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供能夠降低生產成本、節能減排的生產4N的硅料的方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

生產4N的硅料的方法，所述方法包括以下步驟：將金屬硅進行冶煉、破碎分選、酸洗提純、中頻爐中純化處理，其中，在中頻爐中純化處理后，將得到的硅料再重復破碎分選、酸洗提純處理的過程，重復所述過程的次數為1-2次，得到4N的硅料。

在本發明的所述生產4N的硅料的方法的一實施方式中，所述重復的次數為1次。

在本發明的所述生產4N的硅料的方法的一實施方式中，所述金屬硅原料為冶金級硅料。

在本發明的所述生產4N的硅料的方法的一實施方式中，所述破碎分選步驟采用的篩網目數為0-200目。