[發明專利]一種采用硅鋁鈣合金精煉及定向凝固制備多晶硅的方法

有效

• 申請號: 201811221446.1
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109319788B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 羅學濤;張堯昊;黃柳青;賴惠先;李錦堂
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 賴秀華

本發明屬于多晶硅提純領域，公開了一種采用硅鋁鈣合金精煉及定向凝固制備多晶硅的方法，包括：1)將待提純硅粉放入20～35℃的氫氟酸和過氧化氫的混合液中浸泡1～2h，過濾、水洗、過濾、烘干；2)將步驟1)得到的粗提硅粉與金屬鋁和金屬鈣放入感應熔煉爐中，往爐體中通入惰性氣體并使爐內溫度升至1703～1783℃后保溫1～10h，冷卻至室溫，得到硅鋁鈣合金；3)將步驟2)得到的硅鋁鈣合金研磨成粉之后依次采用混合酸Ⅰ和混合酸Ⅱ進行酸洗；4)將酸洗產物進行定向凝固，退火，得到二次精煉后的硅鋁鈣合金鑄錠；5)將二次精煉后的硅鋁鈣合金鑄錠切去頭部的20～40％。本發明對于多晶硅中的雜質，特別是磷雜質，具有很好的去除效果，從而得到高純度多晶硅。

技術領域

本發明涉及一種多晶硅的提純方法，尤其涉及一種采用硅鋁鈣合金精煉及定向凝固制備多晶硅的方法。

背景技術

隨著社會發展，不可再生能源被不斷消耗，同時還使環境污染日益嚴重。太陽能作為新型的可再生能源，因為有著取之不盡用之不竭的優點而受到人們的廣泛關注。

太陽能電池的原料主要是多晶硅材料，而多晶硅材料又以轉換效率高、價格低廉等優勢逐漸占據了太陽能電池市場。多晶硅的制備工藝主要包括化學法和冶金法。其中，化學法是將工業硅轉換成中間化合物，再通過精餾等工藝提純，最后得到高純硅。冶金法主要是通過一系物理工藝去除硅中雜質，而硅本身不參與反應。雖然化學法制得的硅純度高且質量好，但化學法工藝復雜、成本較高。相比而言，冶金法因成本低、環境友好等優點而越來越受到人們的重視。

冶金法的工藝主要有定向凝固、真空精煉、吹氣造渣、濕法冶煉、等離子體精煉等。然而，對于硅中存在的多種雜質，單一的工藝只能去除一種雜質或幾種雜質，無法達到太陽能級硅的質量要求。若要有效地去除雜質，則需要根據雜質物理化學性質的不同，結合多種不同工藝去除。CN100372762C公開了一種制備太陽能級多晶硅的方法，采用酸洗方法提純多晶硅，但僅僅通過酸洗工藝無法達到太陽能級硅的標準，且酸洗過程中硅表面會生成氧化膜阻止反應的進行。

發明內容

本發明旨在提供一種新的采用硅鋁鈣合金精煉及定向凝固制備多晶硅的方法。

具體地，本發明提供的采用硅鋁鈣合金精煉及定向凝固制備多晶硅的方法包括：

1)將待提純硅粉放入20～35℃的氫氟酸和過氧化氫的混合液中浸泡1～2h，過濾、水洗、過濾、烘干，得到粗提硅粉；

2)將步驟1)得到的粗提硅粉與金屬鋁和金屬鈣放入感應熔煉爐中，往爐體中通入惰性氣體并使爐內溫度升至1703～1783℃后保溫1～10h，冷卻至室溫，得到一次精煉的硅鋁鈣合金；

3)將步驟2)得到的硅鋁鈣合金研磨成粉之后依次采用鹽酸和乙酸的混合酸Ⅰ以及鹽酸和氫氟酸的混合酸Ⅱ進行酸洗；

4)將步驟3)得到的酸洗產物進行定向凝固，之后再進行退火處理，得到二次精煉后的硅鋁鈣合金鑄錠；

5)將步驟4)得到的二次精煉后的硅鋁鈣合金鑄錠切去頭部的20～40％，得到的剩余部分即為多晶硅。

所述惰性氣體可以為現有的各種不與待提純硅粉反應的氣體，例如，可以為氮氣、零族元素氣體等。其中，所述零族元素氣體例如可以為氦氣、氬氣等。

在本發明中，術語“頭部”是指先凝固的頂端。

優選地，步驟1)中，所述混合液中氫氟酸的濃度為1～3mol/L，過氧化氫的濃度為1.5～2.5mol/L。

優選地，所述金屬鋁和金屬鈣分別以鋁塊和鈣塊的形式使用。

優選地，所述鋁塊和鈣塊的加入量的原子百分比為(1.5-2.5):1。

優選地，相對于100重量份的待提純硅粉，所述鋁塊和鈣塊的總用量為80～120重量份。