[發明專利]一種短流程、高效率及低成本提純制備太陽能電池用多晶硅的方法

有效

• 申請號: 201710272703.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107099841B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 黃鋒;方凱;許慶炎
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;C30B30/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李明婭

本發明提供一種短流程、高效率及低成本提純制備太陽能電池用多晶硅的方法，將目前工業常用碳熱還原工業硅生產、中包造渣精煉、Sn?Si合金法與電磁半連續定向凝固法有效耦合銜接，可有效縮短整個太陽能電池用多晶硅生產的工藝流程，降低生產周期，最終形成一條短流程、高效率及低成本制備太陽能電池用多晶硅的冶金提純工藝路線。

技術領域

本發明涉及一種工業硅的提純方法，具體涉及一種短流程、高效率、低成本的提純制備太陽能電池用多晶硅的方法，屬于物理冶金法提純技術領域。

背景技術

由于太陽能具有儲量豐富、分布廣泛、清潔無污染及安全可靠等優點，其被認為是一種能有效解決能源危機與環境問題，具備廣闊應用前景的開再生能源。受益于世界各國政府的大力支持和企業的廣泛關注，作為太陽能應用技術之一的光伏發電近年來發展迅速，其無論在規模還是效益上都得到了很大的提高。然而目前與常規能源相比，其高的發電成本制約了其進一步發展與推廣應用，在無政府補貼的情況下還不能為大眾所接受。

硅作為太陽能電池生產的主要基材，其提純與硅片的制備過程是限制整個光伏發電成本降低的最主要環節。由于工業上大量利用碳熱還原法生產的工業硅(2N)中含有大量的Fe、Al、Ca等金屬雜質和B、P、C等非金屬雜質，這些雜質將嚴重影響太陽能硅電池的光電轉換效率，因此，需采用一定工藝對其進行提純。目前，其主要采用改良西門子法進行提純。由該技術提純制備的多晶硅純度高、質量穩定，但其存在投資大、工藝復雜、能耗大、成本高及提純過程中產生的副產品對環境有污染等缺點。因此，利用投資小、工藝簡單、能耗小、成本低的冶金法制備太陽能級硅成為了光伏行業研發的一個熱點。經過多年研究，冶金法提純技術取得了較大進展，開發出了氧化精煉、造渣、真空冶煉、酸洗、定向凝固及合金熔析等多種提純方法。

在專利號為ZL201010589296.7的發明專利一種用于多晶硅定向凝固的水冷裝置、專利號為ZL201010609932.8發明專利一種具有定向凝固組織多晶硅錠的制備方法以及專利號為ZL201010609909.9的發明專利一種具有定向凝固組織多晶硅錠的制備裝置中，介紹了電磁定向凝固法為一種初期用于鈦鋁合金定向凝固的方法，現有技術中有將該電磁定向凝固技術用于太陽能電池鑄錠的制備，直接用來切片制備太陽能電池片，水冷銅坩堝為該技術中的一個重要部件。

然而，以上開發的各種方法除尚存的能耗大、成本高、提純純度不夠及材料收得率低等問題外，還存在一定的局限性，即各自僅能去除工業硅中的某些特定雜質，而對其它雜質則難以去除或去除效果十分有限。將以上各方法進行簡單組合成復合工藝，又存在生產周期長、提純效率低、材料消耗大、材料重復加熱熔化能耗高等缺點。基于此，在取得較大進展的同時，目前冶金法提純技術的實際應用還十分有限，硅材料制備的高成本依舊是制約光伏產業發展的瓶頸。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明為解決現有技術中存在的問題采用的技術方案如下：

一種短流程、高效率及低成本提純制備太陽能電池用多晶硅的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、對碳熱還原法得到的工業硅熔體進行中包造渣預處理；

本步驟將碳熱還原得到的工業硅熔體直接引入中包中進行造渣處理，利用堿性造渣精煉初步去除工業硅中的B與P等非金屬雜質；本步驟將工業硅生產與中包造渣精煉銜接，直接將還原得到的工業硅熔體引入中包，而非待其冷卻并與造渣劑混合后重新于精煉爐中進行加熱精煉，本步驟有利于整個提純過程能耗的降低；

步驟二、在電磁冷坩堝中預置熔配好的Sn-Si合金，在冷坩堝外感應線圈中通上交流電，待合金完全熔化后，將步驟一中預處理的工業硅熔體連續引入冷坩堝，同時以相應速度下拉冷坩堝底部抽拉桿，使得熔體定向凝固形成鑄錠，實現初生硅與合金熔體的分離；