[發(fā)明專利]一種利用復(fù)合親硼添加劑去除冶金級硅中硼的方法

在審

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• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113697815A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任永生;曾毅;馬文會;雷云;魏奎先;伍繼君;呂國強(qiáng);謝克強(qiáng);顏恒維;劉戰(zhàn)偉;李紹元;于潔;萬小涵;陳正杰
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 天津煜博知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發(fā)明涉及一種利用復(fù)合親硼添加劑去除冶金級硅中硼的方法，屬于硅提純技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將冶金級硅加熱熔融得到含B的Si熔體，將復(fù)合親硼添加劑加入到含B的Si熔體得到混合熔體；將氬氣通入到混合熔體中并在溫度為1414～1600℃下精煉1～3h，隨爐冷卻至室溫得到精煉硅；精煉硅研磨成150～200目的硅粉，硅粉依次經(jīng)王水、HF?HCl混酸清洗0.5～6h得到高純硅。本發(fā)明復(fù)合親硼添加劑協(xié)同強(qiáng)化在精煉過程中脫除冶金級硅中硼，硼的脫除率接近100％，不會對Si造成二次污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用復(fù)合親硼添加劑去除冶金級硅中硼的方法，屬于硅提純技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

到目前為止，太陽能級硅(SOG-Si)主要由冶金級硅(MG-Si)通過各種提純工藝制成。而雜 質(zhì)去除是從冶金級硅中獲得太陽能級硅所需的純化過程，對硅基太陽能電池的制備至關(guān)重要。

太陽能電池生產(chǎn)過程中對硼的去除要求越來越高，當(dāng)B濃度高于0.3ppmw時，少數(shù)載 流子的壽命就會因B–O缺陷而急劇縮短，進(jìn)而嚴(yán)重影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

冶金法生產(chǎn)SOG-Si，有效降低生產(chǎn)成本、降低光伏發(fā)電成本，促進(jìn)太陽能電池行業(yè)水平 的高速發(fā)展和整體提高。冶金法中的各種冶金凈化工藝主要包括氣體吹煉、爐渣處理、等離 子體精煉、酸浸、溶劑精煉等，氣體吹煉能夠有效去除硅中的硼，但部分硅會被氧化成二氧 化硅和一氧化硅，造成少量的硅損失。除此之外，硼化物的飽和蒸氣壓在正常情況下都很低， 這限制了除B反應(yīng)速率。爐渣處理可以降低硅中硼的含量，但精煉硅需要較大的渣硅比(μ)， 且熔渣顆粒很難與液態(tài)硅充分接觸。等離子體精煉對鋁、鈣、鐵和硼都有很好的脫除效果， 而該技術(shù)存在生產(chǎn)設(shè)備昂貴、能耗高、間歇性生產(chǎn)等缺點(diǎn)，限制了其工業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。酸 浸濕法提硅不能在相應(yīng)的凝固組成下以低于其溶解極限的B濃度精制Si。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對冶金級硅中硼難以處理的問題，提出了一種利用復(fù)合親硼添加劑去除冶金級 硅中硼的方法，即采用復(fù)合親硼添加劑協(xié)同在精煉過程中脫除冶金級硅中硼，硼的脫除率接 近100％，不會對Si造成二次污染。

一種利用復(fù)合親硼添加劑去除冶金級硅中硼的方法，具體步驟如下：

(1)將冶金級硅加熱熔融得到含B的Si熔體，將復(fù)合親硼添加劑加入到含B的Si熔體得到混合熔體；

(2)將氬氣通入到混合熔體中并在溫度為1414～1600℃下精煉1～3h，隨爐冷卻至室溫 得到精煉硅；

(3)精煉硅研磨成150～200目的硅粉，硅粉依次經(jīng)王水、HF-HCl混酸清洗0.5～6h得 到高純硅。

所述步驟(1)復(fù)合親硼添加劑包括Hf和Zr，Hf和Zr的摩爾比為3:1～1:3；

所述步驟(1)混合熔體中復(fù)合親硼添加劑的摩爾含量為200～10000ppm；

所述步驟(3)HF-HCl混酸中HF和HCl的體積比為1:5～5:1。

復(fù)合親硼添加劑協(xié)同去除冶金級硅中硼的原理：

用Zr-Hf復(fù)合添加劑脫硼時，將同時發(fā)生下列脫硼反應(yīng)：

[Hf]+2[B]＝(HfB₂)

[Zr]+2[B]＝(ZrB₂)

同時熔體中還出現(xiàn)下列耦合反應(yīng)：

[Hf]+(ZrB₂)＝(HfB₂)+[Zr] (3)

(ZrB₂)+(HfB₂)＝(ZrB₂·HfB₂) (4)