[發明專利]一種利用混渣的介質熔煉工藝

有效

• 申請號: 201310654264.4
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103708465A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 張磊;侯振海;譚毅;劉瑤
• 申請（專利權）人: 青島隆盛晶硅科技有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于介質熔煉領域，具體涉及一種利用混渣的介質熔煉工藝。

背景技術

當今世界能源危機與環境污染壓力并存，人們急需清潔、安全，可持續的新能源。太陽能作為滿足這樣要求的能源，一直都是人們追求的目標。人們對太陽能的使用最早是其熱效應的利用，但難以完全滿足現代社會的需要。直到半導體光電效應的發現，太陽能電池的制造，人們找到太陽能新的利用方式。硅作為太陽能電池的最理想原料，其中的雜質主要有Fe、Al、Ca等金屬雜質和B、P等非金屬雜質，而這些雜質元素會降低硅晶粒界面處光生載流子的復合程度，而光生載流子的復合程度又決定了太陽能電池的光電轉換效率，所以有效的去除這些雜質在太陽能電池的應用方面有著至關重要的作用。

太陽能光伏產業的發展依賴于對硅原料的提純，在冶金法提純多晶硅的過程中包括介質熔煉、定向凝固、電子束提純和鑄錠工藝。冶金法因具備工藝簡單、成本較低的優點極具發展潛力。諸多步驟中以介質熔煉要求設備最為簡單，最容易工業化推廣。因而介質熔煉最具現實的研究價值和應用前景。

傳統的介質熔煉過程中，造渣劑只使用一次，介質熔煉結束后舊渣倒出自然冷卻成為廢渣。造渣劑成本高，約占介質熔煉總成本的1/3，傳統過程渣劑浪費嚴重，同時單獨處理廢渣也增加了成本投入。

發明內容

根據以上現有技術的不足，本發明提出一種利用混渣的介質熔煉工藝，將介質熔煉工藝使用后的渣劑，按照一定比例在新的介質熔煉工藝中重復利用，在保證原工藝效果的基礎上，大大降低了渣劑的成本。同時液態條件下進行液態渣劑傳輸，減少了再次熔化所需熱能，降低熔煉的耗電量。

本發明所述的一種利用混渣的介質熔煉工藝，介質熔煉包括2～3次造渣熔煉，其步驟包括將渣劑與硅料按比例混合后放入熔煉爐內，調整功率分次進行造渣熔煉，介質熔煉結束后，把渣劑倒出，將硅液倒入耐熱鑄鐵模具中冷卻后取出，在每次造渣熔煉中，除了最后一次造渣熔煉加入的渣劑為新渣外，其它每次造渣熔煉加入的渣劑是任意比的新渣和舊渣，且每次加入的新渣和舊渣的總質量與最后一次加入的新渣的質量相同。

優選方案如下：

每一次造渣熔煉中，硅料與渣劑的質量比為（0.5～3）：1。

當介質熔煉包括2次造渣熔煉時，第一次加入新舊渣劑質量比為(2～4)：1。

當介質熔煉包括3次造渣熔煉時，第一次加入渣劑全部為舊渣，第二次加入新舊渣劑質量比為(0.2～1)：1。

舊渣為參與1～3次造渣熔煉后的渣劑。這部分的渣劑的利用率可以達到70～95%；參與造渣熔煉次數多于3次的渣劑，其中的有效成分已經大量損耗，經多次實驗得出，使用參與1～3次造渣熔煉后的渣劑是可以參與進行介質熔煉工藝的。

第一次造渣熔煉在熔煉爐中加入占渣劑總質量15～25%的渣劑和全部待提純硅料，控制加熱功率使硅料全部熔化后，再分3～5次加入剩余渣劑進行熔煉。分次加渣的目的是為了使硅料與渣劑反應完全。

介質熔煉溫度為1600～1800℃，每次造渣熔煉中硅料全部熔化后，繼續熔煉20～30min，保證渣劑反應完全。

控制造渣熔煉的功率為180～300kW。

在本發明中采用的設備及裝置，都是介質熔煉過程中的常用設備，包括盛裝反應硅渣料坩堝容器、進行熔煉的熔煉爐和感應加熱的線圈等。介質熔煉中的造渣劑為常用造渣劑，包括二氧化鈦、二氧化硅、氟化鈣、碳酸鈉或硅酸鈉等組成。在實際工業生產中，可以按照生產需求來增加或者減少熔煉爐子的數量；將熔煉后的舊渣倒入耐熱鑄鐵模具中，盡量保證舊渣劑在液態條件下再次轉入其它熔煉爐子進行介質熔煉，以滿足工業連續化生產的要求，同時，減少了渣劑由固態變成液態時的時間和能耗，大大的節約了生產成本。

本發明的優點在于：介質熔煉后，所得硅錠中硼雜質含量小于0.3ppmw，渣劑利用率提高100%～200%，耗電量減少2000～3000度/噸，介質熔煉生產成本直接降低4000～8000元/噸。

具體實施方式

以下結合實施例詳細說明本發明，但本發明并不局限于具體實施例。

實施例1：

本實施例中，介質熔煉包括2次造渣熔煉。