[發明專利]一種采用二次合金法提純多晶硅的方法

有效

• 申請號: 201210024958.5
• 申請日: 2012-02-03
• 公開（公告）號: CN102583387A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 羅學濤;林彥旭;余德欽;李錦堂;方明;盧成浩
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及多晶硅的提純方法，尤其是涉及一種采用二次合金法提純多晶硅的方法。

背景技術

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的日益減少，充分開發利用太陽能已成為世界各國政府可持續發展的能源戰略決策，其中光伏發電最受矚目。

目前，世界上生產的太陽能電池95％以上都是硅太陽能電池。在硅太陽能電池中多晶硅太陽能電池轉換效率接近單晶硅太陽能電池，且其成本比單晶硅低，因而多晶硅太陽能電池成為了目前太陽能電池市場的主流。

常見的多晶硅生產方法可以分為兩類：一類是化學法，另一類是冶金法。而冶金法以其低成本、低能耗、投資小、安全、清潔等優勢備受人們青睞。由于冶金法是根據硅中不同雜質的物理化學特性，采用常用的冶金手段針對不同的雜質分別進行去除，因此冶金法提純常常是幾種冶金手段的組合工藝，這無疑又增加了能耗。為了尋找一種更為合理有效的工藝，低熔點合金定向凝固法漸漸地走進了人們的視線。

低熔點合金定向凝固法是利用雜質元素在合金熔體中的溶解度高于其在固態硅中的溶解度這一特點來進行提純。與其他冶金手段相比低熔點合金定向凝固法對去除多晶硅中的P、B和金屬雜質都有明顯的效果，大大縮減了多晶硅提純的工藝過程，有利于降低能耗，節約成本。

在利用合金法提純多晶硅的研究中，Si-Al合金體系是研究最完善的體系。MORITA等人(YOSHIKAWA?T，MORITA?K.Refining?of?silicon?during?its?solidification?from?a?Al-Si?melt[J].Journal?of?Crystal?Growth.2009，311：776-779)最先提出采用Si-Al合金法提純MG-Si。他們在研究中指出，首先將MG-Si與Al混合加熱形成合金熔體，待其完全互溶后進行定向凝固，使雜質元素在固態硅和合金熔體間分離，從而達到提純目的。通過研究，他們還發現采用外部加熱時，凝固的硅會分布在合金熔體的各個位置，不利于后期的分離；而采用電磁加熱時，由于渦流電流與磁場的相互作用，硅會傾向于在樣品中較低的位置凝固，這種傾向使硅聚集在樣品的底部而Si-Al合金最后凝固在樣品頂部，產生了很好的分離效果，大大簡化了后續工藝過程。

日本東京大學TAKESHI?YOSHIKAWA等人(TAKESHI?YOSHIKAWA，KENTARO?ARIMURA，KAZUKI?MORITA.Boron?Removal?by?Titanium?Addition?in?Solidification?Refining?of?Silicon?with?Si-Al?Melt.Metallurgical?and?Materials?Transaction?B.2005，36B：837-842)研究了在采用Si-Al合金定向凝固法提純多晶硅時加入Ti的影響，加入Ti后，B容易與Ti生成了TiB₂，而TiB₂在Si-Al熔體中的溶解度非常小，并且可以通過酸洗去除，大大提高了B的去除率。

中國科學院趙立新，王志等人(ZHAO?Li-xin，WANG?Zhi，GUO?Zhan-cheng，Li?Cheng-yi.Low-temperature?purification?process?of?metallurgical?silicon.Transactions?of?Nonferrous?Metals?Society?of?China.2011，21：1185-1192.)對合金體系的選擇原則進行了總結，并指出對于Si-Sn合金體系，1500K時硼的分凝系數為0.038，遠小于純硅熔點的對應值0.8，可以通過兩次Si-Sn合金定向凝固法將B除到0.1ppm以下，而大部分金屬雜質可一次性去除至0.1ppm以下。

以上這些研究都表明，采用采用合金法可以有效地去除多晶硅中的P、B和金屬雜質，但是在多晶硅的合金化過程中往往需要配合定向凝固或者溫度梯度區域熔煉法等工藝來達到提純的目的，而定向凝固和溫度梯度區域熔煉工藝的能量消耗都很大，這無疑又增加了合金法的提純成本，因此需要進一步的深入研究來真正實現太陽能多晶硅生產工藝的低成本、低能耗、低污染。

發明內容

本發明的目的在于提供一種采用二次合金法提純多晶硅的方法。

本發明包括以下步驟：

1)將裝有工業硅和工業鐵粉的石墨坩堝放入感應熔煉爐中加熱，通入氬氣；

2)將感應熔煉爐升溫至1550～1620℃，保溫3～5h；