[發明專利]一種制備太陽能級多晶硅的方法

有效

• 申請號: 201310047431.9
• 申請日: 2013-02-04
• 公開（公告）號: CN103112857A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李偉生;龔炳生;向用春
• 申請（專利權）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: 北京元中知識產權代理有限責任公司 11223
• 代理人: 王明霞

技術領域

本發明屬于多晶硅提純技術領域，特別是涉及一種低成本制備太陽能級多晶硅的方法。

背景技術

光伏能源是21世紀最重要的新能源之一。近年來，全球光伏產業高速發展，世界各國為了滿足光伏產業的迅速發展，都致力于開發低成本、低能耗的太陽能多晶硅新制備技術和工藝，例如改良西門子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等。其中，冶金法提純多晶硅工藝相對簡單，成本低廉，且對環境的造成污染相對較小，已成為太陽能級多晶硅的主要發展方向。

太陽能多晶硅純度要求在6N（99.9999%）以上，其中硼的含量小于0.3ppm,磷的含量小于0.1ppm，而Fe、Al、Ca等金屬雜質的含量要求小于0.1ppm，總雜質不超過1ppm。目前冶金法提純工藝主要包括吹氣、酸洗﹑造渣﹑真空電子束熔煉、定向凝固﹑真空等離子法等方式。

物理法提純工藝主要包括吹氣、酸洗﹑造渣﹑真空電子束熔煉、定向凝固﹑真空等離子法等方式。

吹氣精煉是采用通氣的方式對硅液進行精煉，雖然對C、O、B等具有較好的去除效果但不易與雜質充分接觸除雜效果差。

酸洗主要是將硅粉通過在高純混合酸的酸洗槽中進行酸洗，可有效的去除金屬雜質，但非金屬P、B難以去除，且尾氣處理難度大。

造渣工藝是采用中頻爐感應加熱的方式，將硅熔化，再加入堿性氧化物和酸性氧化物，將硅液中的雜質吸附到渣里，該工藝的一般渣系對Al、Ca等金屬元素有很好的去除效果，但是對P、B沒效果或效果不佳。

真空電子束熔煉可以有效的去除硅中低沸點雜質如P、Al等，但由于真空電子束設備昂貴，復雜，硅損失大，周期長，成本高等缺點，無法量產。

定向凝固的工藝是利用液體硅和固體硅中的雜質濃度差進行提純，硅中金屬雜質的分凝系數（C_si(s)/C_si(l)）較小，可以通過定向凝固有效去除，而P、B在硅中的分凝系數較大，特別是硼元素，由于硼在硅中的分凝系數為0.8，接近于1，并且飽和蒸汽壓低，通過定向凝固無法達到要求。

真空等離子方法是采用高溫等離子槍電離后形成B(OH)₃而去除，但由于真空等離子設備昂貴，操作復雜，產量低，易爆等缺點，無法量產。

因些，探索一種工藝簡單，成本低，產量高，穩定的太陽能級多晶硅生產路線是當前國內外硅提純冶金法研究的主流。

專利CN101671024A公開了一種采用電磁感應熔煉輔助高溫等離子除硼提純多晶硅的生產工藝及裝置，采用電磁感應將硅熔化，通過啟動等離子熔煉系統，對硅液表面進行等離子熔煉。本方法雖然可行,可以有效的降低工業硅中硼的含量，但是由于高溫等離子火焰溫度高，硅損失大，且設備昂貴,成本高，不適合工業上大規模生產。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單，成本低，產量高，穩定的太陽能級多晶硅的生產方法。

為了實現本發明的目的，采用如下技術方案：

一種制備太陽能級多晶硅的方法，包括以下步驟：

（1）在礦熱爐出硅過程中，向抬包底部持續通入氧化性氣體；

（2）出硅完成后，將預熔造渣劑倒入抬包中精煉；所述造渣劑為堿金屬碳酸鹽、堿金屬氯化物和二氧化硅的混合物；

（3）同時啟動離子發生器將所述氧化性氣體部份電離后注入硅液中；

（4）待反應完后，將上述得到的硅液注入保溫裝置中凝固，待硅錠冷卻后，打磨硅錠四周及底面潔凈；

（5）將硅錠破碎、磨粉，得到硅粉，采用混合酸進行酸洗，清洗，烘干；

（6）將酸洗后硅粉放入中頻爐石墨坩堝中加熱熔化，并熔化成硅液，保持硅液溫度；

（7）于硅液的表面上放置石墨板，石墨板與外界直流電壓的負極相接，石墨坩堝底部與外界直流電壓的正極相接，施加直流電壓；

（8）通電2～4h后，在通電狀態下，石墨坩堝緩慢下降，離開加熱區，進行定向凝固，冷卻后取出硅錠，切除上層和尾部富集的雜質區，得到提純后6N多晶硅。