[發明專利]用于純化硅熔體的耐火坩堝的表面的襯里以及使用所述坩堝純化硅熔體的方法

在審

• 申請號: 201380044143.6
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN104583465A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 阿蘭·杜爾納;克里斯坦·阿爾弗萊德
• 申請（專利權）人: 希利柯爾材料股份有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B9/06;C30B35/00;C01B33/037
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;安佳寧

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年6月25日提交的第61/663,934號美國臨時申請的優先權利益，所述申請通過引用完整地并入本文。

背景技術

太陽能電池通過利用其將日光轉換為電能的能力而可以是可行的能源。硅是在太陽能電池的制造中使用的半導體材料；然而，硅使用的限制涉及將其純化至太陽能級(SG)的成本。從硅中分離雜質的有效方法、尤其是大規模的從硅中分離雜質的有效方法通常難以描述并且難以采用。

硅的重結晶是一種可以用來去除不期望的雜質的方法。在重結晶過程中，將具有雜質的硅溶解于溶劑中，然后使其從溶液中重結晶出來，形成較純的硅。

概述

考慮到當前的能量需求和供應限制，本發明人已經認識到亟需將冶金級(MG)硅(或比太陽能級具有更大量的雜質的任何其他硅)純化至太陽能級硅的更有成本效率的方式。本公開描述了用于重結晶硅的設備和方法。該設備可以包括容器，例如坩堝，所述容器由耐火材料制成，例如氧化鋁。硅可以在坩堝中熔化，或者硅可以在坩堝內從溶液中重結晶以提供硅的純化。襯里可以沉積到坩堝的耐火材料的內表面上，以防止或減少耐火材料對坩堝內包含的熔融硅或硅和鋁溶液的污染，例如來自硼或磷的污染。襯里可以包含通過膠體氧化鋁結合到一起的碳化硅顆粒。襯里可以對于每個結晶周期提供更純的最終的硅，特別是在硼和磷污染物方面。

本公開描述了用于容納熔融硅混合物的坩堝，所述坩堝包含至少一種耐火材料，所述耐火材料具有限定用于接收熔融硅混合物的內部的至少一個內表面，以及沉積到內表面上的襯里，所述襯里包含膠體氧化鋁。

本公開還描述了用于純化硅的方法，所述方法包括：使第一硅與包含鋁的溶劑金屬充分接觸以提供第一混合物；在熔化坩堝的內部熔化第一混合物以提供熔融硅混合物，所述熔化坩堝包含至少一種耐火材料，所述耐火材料具有限定熔化坩堝的內部的內表面；在熔化第一混合物之前用包含膠體氧化鋁的襯里涂覆熔化坩堝的內表面的至少一部分；充分冷卻熔融硅混合物以形成重結晶的硅晶體和母液；和分離最終重結晶的硅晶體和母液。

本公開還描述了用于純化硅的方法，所述方法包括：使第一硅與第一溶劑金屬充分接觸以提供第一混合物；用包含膠體氧化鋁的第一襯里涂覆第一熔化坩堝的第一耐火材料的第一內表面的至少一部分；在第一熔化坩堝的內部熔化第一混合物以提供第一熔融硅混合物；充分冷卻第一熔融硅混合物以形成第一硅晶體和第一母液；分離第一硅晶體和第一母液；使第一硅晶體與第二溶劑金屬充分接觸以提供第二混合物；用包含膠體氧化鋁的第二襯里涂覆第二熔化坩堝的第二耐火材料的第二內表面的至少一部分；在第二熔化坩堝的內部熔化第二混合物以提供第二熔融硅混合物；充分冷卻第二熔融硅混合物以形成第二硅晶體和第二母液；和分離第二硅晶體和第二母液。

本概述旨在提供本公開的主題的綜述。其不旨在提供對本發明的排他的或窮盡的解釋。包括詳細說明以提供關于本公開的其他信息。

附圖說明

在附圖中，在全部幾個視圖中相同的數字可以用于描述相似的要素。具有不同字母后綴的相同數字可以用于表示相似要素的不同視圖。舉例而非限制性地，附圖通常示出本文中所討論的各種實例。

圖1為通過單次完整操作循環的(one-pass)重結晶過程來純化硅的示例方法的流程框圖。

圖2為通過兩次完整操作循環的(two-pass)重結晶過程來純化硅的示例方法的流程框圖。

圖3為通過三次完整操作循環的(three-pass)重結晶過程來純化硅的示例方法的流程框圖。

圖4為可以用于純化硅的坩堝的實例的橫截面圖。

圖5為涂覆在圖4的示例坩堝的內表面上的襯里的第一實例的特寫橫截面圖。

圖6為涂覆在圖4的示例坩堝的內表面上的襯里的第二實例的特寫橫截面圖。

詳述

本公開描述了用于使用重結晶來純化硅的設備和方法。該設備和方法可以包括在容納熔融硅或者硅與熔融溶劑(例如鋁)的溶液的坩堝內使用襯里，其中襯里可以防止或減少坩堝的耐火材料對熔融硅或者熔融溶劑和硅的污染。本發明的設備和方法可以用于制作用于太陽能電池的硅晶體。

定義

單數形式“一(a或an)”或“該/所述(the)”可以包括復數指示對象，除非有內容另外清楚地指明。