[發(fā)明專(zhuān)利]一種多晶硅邊角料提純至高純硅的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110952868.1
• 申請(qǐng)日: 2021-08-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113603094B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢鵬飛;郭曉琳;王藝澄;錢(qián)軍;吳明山;吳紀(jì)清;張照陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江蘇美科太陽(yáng)能科技股份有限公司;東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B33/037
• 分類(lèi)號(hào): C01B33/037
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 任立

本發(fā)明公開(kāi)了一種多晶硅邊角料提純至高純硅的方法，包括以下步驟：（1）將晶體硅鑄錠工序中產(chǎn)生的多晶硅邊角料預(yù)處理，最后水洗烘干，預(yù)處理具體為切割成塊，然后浸泡于有機(jī)溶劑中；（2）將烘干的原料置于聚四氟乙烯燒杯中，加入無(wú)機(jī)酸混合溶液進(jìn)行酸洗處理；（3）將水浴鍋或超聲清洗儀中加入水，將裝有無(wú)機(jī)酸混合溶液和原料的燒杯放入到水浴鍋或超聲清洗儀內(nèi)進(jìn)行提純，然后固液分離，再進(jìn)行水洗烘干得到高品質(zhì)硅；（4）烘干后的高品質(zhì)硅在真空度≤10?2Pa，冷卻速率≤2 mm/min的條件下，于1500?1650℃進(jìn)行定向凝固，得到太陽(yáng)能級(jí)高純硅；該方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)塵化處理，有效地去多晶硅邊角料的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物雜質(zhì)，提高硅的純度，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多晶硅邊角料提純至高純硅的方法，屬于提純加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

全球化石能源的短缺是人類(lèi)面臨前所未有的挑戰(zhàn)，人類(lèi)尋求新能源的步伐一直未停止，太陽(yáng)能以其取之不盡、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為了人類(lèi)的首選。光伏電池中多晶硅占據(jù)重要地位，多晶硅錠鑄造技術(shù)是降低電池成本的主要途徑之一，該技術(shù)可直接用純度較低的硅塊作為原料，經(jīng)過(guò)加熱熔化、成形及冷卻得到多晶硅錠。在鑄錠過(guò)程中，由于分凝效應(yīng)，雜質(zhì)會(huì)富集在硅錠的四邊及頭尾，因此這部分硅料無(wú)法直接進(jìn)入后續(xù)的切片工序。目前行業(yè)中硅錠平均利用率為50%左右，而約有10%的硅料成為邊角料。為降低成本，這部分硅料也被回收利用，重新作為多晶硅鑄錠的主要原材料之一。

根據(jù)污染物產(chǎn)生的原因，鑄錠邊角料的主要雜質(zhì)大致可分為顆粒、有機(jī)物雜質(zhì)、金屬污染物三類(lèi)：① 顆粒：鑄錠過(guò)程中硅料中的碳與硅反應(yīng)生成的碳化硅雜質(zhì)、與硅錠接觸的坩堝涂層氮化硅以及灰塵等，此類(lèi)雜質(zhì)一般集中在邊角料的外表面；② 有機(jī)物雜質(zhì)：人的皮膚油脂、防銹油、潤(rùn)滑油、松香、蠟等，這類(lèi)雜質(zhì)通常會(huì)對(duì)加工過(guò)程造成不良影響；③ 金屬污染物：定向凝固后富集的金屬雜質(zhì)，這類(lèi)雜質(zhì)在硅料上以范德華力、共價(jià)鍵和電子轉(zhuǎn)移等三種表面形式存在，極大地降低了硅錠的少子壽命；④ 鑄錠過(guò)程中引入的雜質(zhì)，一般根據(jù)雜質(zhì)多少進(jìn)行分類(lèi)，雜質(zhì)較少的經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單表面處理即可重新鑄錠，實(shí)際作業(yè)中皆采用硅料打磨的方法，硅料打磨雖可去除明顯的膠質(zhì)和雜質(zhì)，但粉塵大，打磨過(guò)程中會(huì)生成PM2.5顆粒，危害人體健康；浪費(fèi)人力；打磨僅可去除表面雜質(zhì)，對(duì)于多晶硅邊角料內(nèi)部雜質(zhì)去除率較低；而雜質(zhì)較多的邊角料一般需通過(guò)一系列的物理化學(xué)方法除雜提純后才可重新使用。

為解決多晶硅邊角料的凈化問(wèn)題，已有研究采用表面打磨技術(shù)處理多晶硅邊角料，如專(zhuān)利CN205999026U中設(shè)計(jì)了一種高轉(zhuǎn)化率多晶硅回收裝置，通過(guò)傳送帶和除塵網(wǎng)連接，有效地將多晶硅邊角料打磨過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)收集了起來(lái)，降低了粉塵的危害。然而，該方法沒(méi)有從根本上杜絕粉塵的產(chǎn)生，雖然減少了對(duì)環(huán)境的污染，但工人操作過(guò)程中仍然會(huì)吸入大量的粉塵，損害人體的健康。文章C.H. Lee, Y.W. Chang, R. Srinivasa, etal. Recovery of silicon, copper and aluminum from scrap silicon wafers byleaching and precipitation[J]. Environmental Engineering Management Journal[J]. 2018, 17(3):561-568.中用HCl，HNO₃，H₂SO₄混合試劑對(duì)邊角料進(jìn)行酸洗除雜，有效去除了邊角料中的金屬雜質(zhì)，并通過(guò)調(diào)節(jié)溶液PH值的方式實(shí)現(xiàn)金屬離子的回收再利用，提高了資源利用率。然而，該方法中選擇了鹽酸作為酸洗試劑，提高了生產(chǎn)成本，同時(shí)邊角料中的主要雜質(zhì)SiC沒(méi)有完全去除，對(duì)下一步硅的回收利用仍然會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

隨著多晶硅錠生產(chǎn)量的增加，邊角料的產(chǎn)生也會(huì)隨之增加。因此，研發(fā)一種能克服上述缺陷的改進(jìn)邊角料的回收方法并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重效益成為本領(lǐng)域技術(shù)人員系帶解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種多晶硅邊角料提純至高純硅的方法，簡(jiǎn)單易行，無(wú)塵化處理，有效去多晶硅邊角料的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物雜質(zhì)，提高硅的純度，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能源。