[發明專利]一種提高硅料酸洗除雜效果的方法

在審

• 申請號: 201410552654.5
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104326473A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 周浪;尹傳強
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明為一種提高硅料酸洗除雜效果的方法。用于冶金級硅料的酸洗除雜處理，使處理得到的硅料純度比普通酸洗處理所能達到的水平有進一步明顯提高。該發明涉及光伏產業，特別是涉及其上游高純硅料生產用原料的準備。

背景技術

太陽能光伏發電技術85%以上基于晶體硅片太陽電池。所需的高純硅原料由西門子法等化工技術或冶金精煉與定向凝固等物理提純技術生產。各種技術都需要以經過酸洗除雜處理的冶金級硅料（或稱粗硅）為原料。其純度對高純硅生產成本和高純硅產品質量有直接影響。

冶金級硅料中雜質大部分集中在晶界上，硅料粉碎時沿著晶界開裂的可能性較大，因此大部分晶界將暴露于粉碎后形成的硅粉顆粒表面。各種酸洗處理的基本原理都是通過酸的反應溶解作用將這些暴露于表面的晶界上富集的雜質去除。顯然這類方法的除雜效果存在原理上的局限?–?它們最多只能除去已暴露于硅粉顆粒表面的雜質，而無法去除硅粉顆粒內部的雜質。以Fe雜質為例：硅粉酸洗除Fe的效果最為顯著，能將它從幾千個ppmw去除到一百ppmw的水平，但要再顯著降低就很困難了。

迄今為止出現了一些進一步提高酸洗除雜效果的研究和發明專利。顏頡頏、周浪等于2008年年公開報道了下述實驗結果（南昌大學學報（理科版）2008年第2期）：將經過徹底酸洗除雜、已無法進一步降低雜質含量的硅粉在氬氣保護下經過高溫擴散處理，然后再行酸洗，結果使Fe等金屬雜質含量有進一步明顯降低；黃新明等于2009年7月公開了一項相關發明專利（中國專利200910036965.5），其要點是在上述方法中以活性氣體代替氬氣，結果得到了更好的除雜效果。上述兩種方法都依賴于高溫密封容器和特種氣體，生產效率低，成本高；而且還要求先抽真空，面臨部分粉體揚起并被抽入真空系統的困境；此外，前者進一步除雜的效果不夠顯著；后者雖然除雜效果好，但需要用到帶有很強腐蝕性和毒性的氣體，如氯化氫和氯氣，提高成本而且存在安全隱患。

發明內容

為高純硅料生產中的原料準備，本發明提供了一種較低成本的提高硅粉酸洗除雜效果的方法，它不需要使用高溫密封容器，不需要使用氬氣或腐蝕性、有毒氣體，而效果明顯優于使用氬氣。

為實現上述目的，本發明采用了下述技術方案：一種提高硅粉酸洗除雜效果的方法，其特征是將普通酸洗后的硅粉在1200-1400℃下于空氣-氮氣混合氣體中保溫1~4小時，冷卻后進行酸洗。

所述空氣-氮氣混合氣體由空氣與氮氣以1?:?0~5的比例混合而成。

所述普通酸洗指對現行常規硅料酸洗，以濃鹽酸、氫氟酸、硝酸、硫酸或其混合酸水溶液在25~60℃下攪拌或超聲波振動1-4小時，然后以去離子水漂洗。

通過高溫擴散在硅粉顆粒表面形成特定化合物層，所述化合物層可為氧化硅、氮化硅、或二者的混合。該化合物層及其與硅的界面比單純硅表面能夠吸收更多的雜質，在高溫下穩定，在常溫下能夠被酸洗除去。高溫擴散使硅粉中雜質遷移到上述化合物層及其與硅的界面，冷卻到常溫后以普通酸洗方法去除上述化合物層，使其中雜質及界面上雜質被一同除去。

本發明的技術效果：不需要使用高溫密封容器，不需要使用氬氣或腐蝕性、有毒氣體，而效果明顯優于使用氬氣。

對于以普通酸洗方法充分除雜而無法進一步降低雜質含量的冶金級硅料粉體，采用本發明方法處理后再進行普通酸洗，能夠使其中金屬雜質含量進一步顯著下降。

對于通過其它提純技術獲得的已經具有較高純度的硅料粉體，以普通酸洗方法無法進一步降低其雜質含量，采用本發明方法處理后再進行普通酸洗，能夠使其中金屬雜質含量進一步下降。

具體實施方式

實施例1：