[發(fā)明專利]一種等離子輔助造渣除硼的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310046435.5
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103073000A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊鳳炳;龔炳生;李偉生
• 申請（專利權(quán)）人: 福建興朝陽硅材料股份有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 北京元中知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 王明霞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多晶硅提純技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種等離子輔助造渣除硼的新方法。

背景技術(shù)

能源危機(jī)和傳統(tǒng)能源對環(huán)境的污染已成為社會和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要制約因素。為維持可持續(xù)發(fā)展，世界各國都在積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源，多晶硅太陽能電池成為全球關(guān)注的熱點。采用改良西門子法制備高純多晶硅的工藝較為復(fù)雜，投資成本高，用其制備太陽能電池將會大大增加電池價格。而冶金法提純多晶硅工藝相對簡單，成本低廉，且對環(huán)境的造成污染相對較小，已成為太陽能級多晶硅的主要發(fā)展方向。

多晶硅提純主要去除其中的雜質(zhì)元素，如Al、Fe、C、P、B等，而P、B等非金屬元素不易除去，特別是硼元素，由于硼在硅中的分凝系數(shù)為0.8，接近于1，并且飽和蒸汽壓低，通過傳統(tǒng)的定向凝固或真空熔煉去除無法達(dá)到要求。而硼雜質(zhì)的含量對太陽能電池的性能有很大的影響，要求硼含量不高于0.3ppm，因此探索各種有效的低成本除硼方法是多晶硅提純的研究熱點。目前主要通過吹氣、造渣、等離子體、定向凝固等工藝去除硅中的硼雜質(zhì)。

專利CN102452651A公開了一種濕氧等離子體去除硅中硼雜質(zhì)的工藝,通過射頻等離子發(fā)生器形成含氧的濕氧等離子火焰,對硅液表面進(jìn)行吹掃,本方法雖然可行,可以有效的降低工業(yè)硅中硼的含量，但是在工業(yè)應(yīng)用上仍存在以下問題：首先，硼的去除效果仍難達(dá)到太陽能級多晶硅的純度要求。其次，高溫等離子火焰溫度高，硅損失大，且設(shè)備昂貴,不適合工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)。

美國專利US5788945公開了一種通過向硅液中連續(xù)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。這種連續(xù)加助渣劑的方法，由于渣中裹硅較多，造成硅損失大，而且造渣工藝中助渣劑的用量相對過高，導(dǎo)致成本有所提高，同時硅也會產(chǎn)生一定的金屬污染。

專利CN102320610A公開了一種高周波電磁誘導(dǎo)精煉、分批多次造渣的多晶硅脫硼提純方法，造渣劑為Na2CO3和SiO2按照重量比1：1混合均勻，采用這種高周波電磁誘導(dǎo)精煉、分批多次造渣的多晶硅脫硼提純方法，雖然可以使硼的含量降低到0.1ppm以下，滿足太陽能級多晶硅的高純度要求，但是由于造渣工藝中除硼效果不是很好，造渣劑用量相對過高，導(dǎo)致成本有所提高，而且由于渣中裹硅較多，造成硅損失大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低、適合產(chǎn)業(yè)化推廣的高壓等離子輔助造渣除硼的新方法，該方法先在石墨坩堝中采用中頻爐感應(yīng)加熱工業(yè)硅，然后在硅液中加入造渣劑，熔化反應(yīng)，并采用石墨棒往硅液中通氧攪拌；開啟離子發(fā)生器，將部分氧氣電離成氧離子直接注入到硅液中進(jìn)行精煉。通過等離子和造造渣相結(jié)合的方式，大幅度的降低硅中硼的含量，經(jīng)冷卻后，去除硅硅錠表面渣塊可得到提純后的精制低硼多晶硅。本發(fā)明方法解決了造渣劑用量高、高溫等離子設(shè)備昂貴的問題，降低了成本，便于工業(yè)化運用。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，特采用如下技術(shù)方案：

一種高壓等離子輔助造渣除硼的方法，包括以下步驟：

（1）將硅塊裝入中頻感應(yīng)爐石墨坩堝中加熱，并熔化成硅液；

（2）向硅液中投入造渣劑，繼續(xù)加熱使造渣劑完全熔化，并保持硅液溫度；所述造渣劑由Na₂CO₃、K₂CO₃與SiO₂組成；

（3）將帶有通氣孔道的石墨棒預(yù)熱，待預(yù)熱充分后將通氣棒插入到硅液中，開始通氧氣；

（4）同時開啟高壓離子發(fā)生器，在室溫下將氧氣通道中的氧氣電離成氧離子并通過石墨棒注入硅液中；

（5）將步驟（4）中得到的硅液注入保溫爐中凝固，待硅錠冷卻后，去除硅錠表面渣塊，得到提純后的精制低硼多晶硅。