CN101137577A - 高纯硅的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供制备大量价格低廉的用于太阳能电池的高纯硅的方法。公开了一种通过将熔融硅中的杂质转移到矿渣中来制备高纯硅的方法，其包括将矿渣和氧化剂一起加到熔融硅上的步骤，其中所述氧化剂是包含下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碱金属碳酸盐、碱金属碳酸盐的水合物、碱金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐的水合物或碱土金属氢氧化物。

Description

高纯硅的制备方法

本申请要求2005年3月7日在日本提交的日本专利申请No.2005-062556和2006年2月10日在日本提交的日本专利申请No.2006-034342的优先权，通过引用的方式将它们的全部内容加入本文。

技术领域

本发明涉及制备高纯硅的方法。所述高纯硅用于太阳能电池。

背景技术

对于用于太阳能电池的硅，其纯度必须为99.9999质量％或更高，并且要求硅中每种金属杂质的含量不大于0.1质量ppm。特别地，要求杂质硼(B)的含量不大于0.3质量ppm。尽管由Siemens方法制备的用于半导体的硅可以满足上述要求，但它不适合用于太阳能电池。这是由于用Siemens方法制备硅的生产成本高，而要求太阳能电池是价格低廉的。目前已有一些低成本制备高纯硅的方法。

金属硅单向凝固(unidirectional solidification)的方法已长期为人熟知。在这种方法中，利用杂质在固相与液相间溶解度的差异，将熔融的金属硅单向凝固形成纯度更高的固相硅。这种方法可以有效地用于从多种金属杂质中提纯硅。但是，该方法不能用于从硼中提纯硅，因为硼在固相与液相间溶解度差异太小，因而不能从硼中提纯硅。

真空熔融硅的方法也很常见。这种方法通过将熔融硅保持在真空状态来从硅中除去低沸点杂质，并且能够有效地从硅中除去碳杂质。但是，这种方法不能用于从硼中提纯硅，因为熔融硅中的硼一般不形成低沸点物质。

如上所述，硼一直被认为是一种麻烦的组分，因为硅中的硼是最难以除去的杂质，并且对硅的电学性能影响很大。下面公开的方法的主要目的是除去硅中的硼。

JP56-32319A公开了一种用酸清洗硅的方法、硅的真空熔融方法和硅的单向凝固方法。另外，该参考文献公开了用矿渣(slag)除去硼的提纯方法，其中杂质从硅转移到矿渣中，而矿渣置于熔融硅上。在参考专利JP56-32319A中，使用包含(CaF₂+CaO+SiO₂)的矿渣，硼的分配比(矿渣中的硼浓度/硅中的硼浓度)是1.357，并且得到的提纯后的硅中的硼浓度为8质量ppm。但是，提纯后硅中硼的浓度不能满足用于太阳能电池的硅的要求。所公开的矿渣提纯不能在工业上改进从硼提纯硅，因为这种方法中使用的矿渣的可商购原材料总是含有几个质量ppm的硼，提纯后的硅不可避免地含有与矿渣相同水平的硼浓度，除非分配比足够高。因此，当硼的分配比是1.0左右时，由矿渣提纯方法得到的提纯后的硅的硼浓度最好也只能低到约1.0质量ppm。尽管理论上可以通过纯化矿渣原材料来降低硼浓度，但由于经济上不切实际在工业上是不可行的。

JP58-130114A公开了一种矿渣提纯方法，其中将磨碎的粗硅和包含碱土金属氧化物和/或碱金属氧化物的矿渣的混合物一起熔融。但是，所得到的硅中的最低硼浓度是1质量ppm，这是不适合太阳能电池的。此外，当磨碎硅时不可避免地会掺入新的杂质，这也使该方法不适用于太阳能电池。

JP2003-12317A公开了另一种提纯方法。在这种方法中，向硅中加入助熔剂CaO、CaCO₃和Na₂O，并将它们混合和熔融。然后，向熔融硅中吹入氧化气体而提纯。但是，用这种方法提纯的硅的硼浓度为约7.6质量ppm，不适用于太阳能电池。此外，从工程角度来看，以低成本向熔融硅中吹入稳定的氧化气体是困难的。因此，JP2003-12317A中公开的方法不适合硅的提纯。

非专利参考文献，“Shigen to Sozai”(Resource and Material)2002，vol.118，p.497-505公开了矿渣提纯的另一个实例，其中矿渣包含(Na₂O+CaO+SiO₂)，并且硼的最大分配比是3.5。分配比3.5是过去公开的最大值，然而，考虑到实践中可得到的矿渣原材料的硼浓度，这种矿渣提纯也不适用于太阳能电池。

如上所述，传统的矿渣提纯方法不能得到实际上可用的高的硼分配比，不适于得到可用于太阳能电池的硅。当从硼中提纯硅时，硼的分配比往往较低的原因是硅和硼一样容易被氧化。在矿渣提纯方法中，硅中的硼往往是未被氧化的，并且未被氧化的硼几乎不在矿渣中吸收。矿渣提纯方法广泛用于从钢中去除硼，因为硼远比钢容易被氧化。由于钢与硅在性质上的本质差别，钢铁工业中的矿渣提纯方法不能简单用来从硅中去除硼。

除了矿渣提纯，也有人提出其它除去硼的技术。这些技术包括各种提纯方法，其中在氧化后通过蒸发来从硅中除去硼。

JP04-130009A公开了一种硼去除方法，其中通过向熔融硅中吹入含有气体(例如水蒸汽、O₂、和/或CO₂)和含氧材料(如CaO和/或SiO₂)的等离子气体，来除去硅中的硼。

JP04-228414A公开了一种硼去除方法，其中通过向熔融硅中吹入含有水蒸汽和SiO₂的等离子流，来除去硅中的硼。

JP05-246706A公开了一种硼去除方法，其中在熔融硅和置于熔融硅表面上方的电极之间保持电弧，同时向熔融硅中吹入惰性气体或氧化气体，来除去硅中的硼。

USP5,972,107和USP6,368,403公开了从硼中提纯硅的方法，其中使用一种特殊的焊枪(torch)，并且向熔融硅中除了提供氧气和氢气和CaO、BaO和/或CaF₂之外，还提供水蒸汽和SiO₂。

JP04-193706A公开了一种硼去除方法，其中通过从底部进口向熔融硅中吹入气体(如氩气和/或H₂气)，来除去硅中的硼。

JP09-202611A公开了一种硼去除方法，其中通过向熔融硅中吹入含有Ca(OH)₂、CaCO₃和/或MgCO₃的气体，来除去硅中的硼。

上述从JP04-130009A到JP09-202611A的参考文献中公开的一些技术可以将硼从硅中除去，使硅中硼浓度满足用于太阳能电池的要求。但是，所有这些技术都使用等离子体装置和/或气体吹入设备，它们价格昂贵且需要复杂的操作。从经济效率来看，难以采用这些技术作为实际技术。另外，由于所有这些技术具有强氧化能力，它们在将硼氧化的时候可能将硅过度氧化，这将显著降低硅的百分产率。如前所述，硼和硅可以被氧化到相同的程度。因此，关于上述通过将硼氧化来从硅中去除硼的技术，需要一些特殊的方法来选择性地仅将硼氧化。

发明内容

本发明的一个目的是提供以简单方式和低成本来制备高纯硅的方法，通过从杂质特别是硼中提纯粗硅，达到可以用于太阳能电池的水平。

本发明人在研究硅的制备以后，已设计出下面的方案。

本发明的一个实施方案涉及通过将熔融硅中的杂质转移到矿渣来制备高纯硅方法，其包括：将氧化剂和矿渣一起加入熔融硅上，其中所述氧化剂是包含下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碱金属碳酸盐、碱金属碳酸盐的水合物、碱金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐的水合物或碱土金属氢氧化物。

在另一个实施方案中，将氧化剂加到熔融硅上使所述氧化剂直接接触所述熔融硅。

在另一个实施方案中，碱金属元素或碱土金属包括下面元素中的至少一种：锂、钠、钾、镁、钙和钡。

在另一个实施方案中，氧化剂是包含下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸镁、碳酸钙、上述各种碳酸盐的水合物、氢氧化镁或氢氧化钙。

本发明的方法能够在不使用昂贵的设备(如等离子体装置或气体吹入装置)的情况下，将硅中的硼浓度降低到0.3质量ppm或更低。根据本发明方法得到的硅具有可用于太阳能电池的纯度。另外，本发明与传统的单向凝固方法或传统的真空熔融方法结合使用，可以提供质量高并且成本低的用于太阳能电池的原材料硅。

上面提到的传统技术可以分为四类。第一类包括的方法中，仅向熔融硅中上仅提供矿渣(在JP56-32319A和JP58-130114A中公开，下面称为“简单矿渣提纯法”)。第二类包括的方法中，氧化气体与熔融硅接触(在JP04-228414A和JP05-246706A中公开，下面称为“气体氧化法”)。第三类包括的方法中，借助载气体向熔融硅中吹入固体氧化剂(例如MgCO₃)(在JP09-202611中公开，下面称为“氧化剂吹入法”)。第四类包括的方法中，除了将氧化气体与熔融硅接触，还向熔融硅中提供矿渣和/或矿渣原材料(例如SiO₂)(在JP2003-12317A、JP04-130009A、USP5,972,107、USP6,368,403和JP04-193706A中公开，下面称为“复杂矿渣提纯法”)。与上述方法相比，根据本发明，直接向熔融硅上加矿渣和氧化剂。本发明方法不属于上述传统技术的任一类。

附图说明

图1是用于本发明方法的设备的示意图。

图2a是图解向熔融硅中加入预制备的矿渣情况中硼行为的说明性图示。

图2b是图解分别向熔融硅上分别加入各种矿渣原材料的情况中硼行为的说明性图示。

图3a是图解熔融硅上方提供的矿渣和氧化剂的混合物的说明性图示。

图3b是另一个图解熔融硅上方提供的矿渣和氧化剂的混合物的说明性图示。

图3c是图解向熔融硅上方提供矿渣和氧化剂，且氧化剂在矿渣上面的说明性图示。

具体实施方案

下面描述本发明的优点。

第一，比较本发明方法与传统的简单矿渣提纯法。简单矿渣提纯法基于以下原理：硼从硅转移到矿渣，因为在热力学上硼在矿渣中比在硅中更稳定。特别的，硼在高碱度的矿渣中在热力学上更稳定。但是，据信硼在硅中一般以元素硅的形式存在，即原子硅，并且元素硼在硅中与在矿渣中的热力学稳定性没有明显差别。这就是简单矿渣提纯法中硼的分配比低的原因。同时，在硼以氧化物(硼氧化物)形式在硅中存在的情况中，硼氧化物在矿渣中的热力学稳定性比其在熔融硅中高得多。因此，硼的分配比可以大幅增大。在本发明中，由于氧化剂与矿渣一起加入，熔融硅中的硼可以容易地被氧化，并因此会转移到矿渣中。至少在这个方面，本发明优于简单矿渣提纯法。

第二，比较本发明方法与传统的气体氧化法和氧化剂吹入法。气体氧化法和氧化剂吹入法是基于下面的原理：将硼转化为低沸点的硼氧化物后，通过蒸发将硼从硅中除去。通过向熔融硅吹入氧化气体或氧化剂来氧化硅中的硼，达到上述目的。但是，即使硼被氧化，由于这种低沸点材料不会快速形成，硼去除的速率往往比氧化气体(或氧化剂)将硅氧化物的速率慢。因此，由于氧化损失硅，硅的百分产率明显降低。降低产率的具体机理如下：与氧化气体或氧化剂接触后，硅中的硼首先转化成一氧化硼(BO)。但是，由于一氧化硼在硅中的活性低，它不能容易地蒸发。为了使其蒸发，一氧化硼必须转化为更高分子量的硼氧化物，例如，B₂O₃。为了使其发生，BO必须被某些氧源进一步氧化并且必须保留在硅中一段时间。但是，如前所述，由于硼和硅可以被氧化到相同的程度，长时间留在硅中的BO接触高反应性的硅原子的可能性大。因此，大部分BO被还原回元素硼。总体上，氧化气体或氧化剂主要消耗来将硅氧化，这导致百分产率低。同时，如前所述，在本发明中，由于借助氧化剂在硅中形成的BO在矿渣中更加稳定，BO被逐一吸收到矿渣中。因此，根据本发明，由于氧化而损失硅导致百分产率的降低被抑制。至少在这个方面，本发明优于气体氧化法和氧化剂吹入法。

第三，比较本发明方法与传统的复杂矿渣提纯法。复杂矿渣提纯法与本发明相似，两种方法都利用氧化剂和矿渣。但是，复杂矿渣提纯法与本发明方法的区别如下：在复杂矿渣提纯法中，氧化剂没有加入矿渣中，并且硼主要通过与氧化气体接触而被氧化。在本发明的方法中，氧化剂与矿渣一起加到熔融硅上。用氧化气体将硼氧化的问题与上面的比较中所述的相同。在复杂矿渣提纯中，由于氧化造成的硅损失可以略微降低，因为矿渣起到硼氧化物的吸附剂的作用。但是氧化发生的位置(氧化气体与熔融硅表面的界面)和硼氧化物被吸收的位置(矿渣与熔融硅表面的界面)是基本上相互分开的。因此，硼氧化物在熔融硅中移动的时候可能被硅还原，这使其难以在矿渣与熔融硅的界面处保持高浓度的硼氧化物。因此，由于矿渣中未被氧化的形式的硼的百分比增加，不能期望硼的分配比有大的改善。如前所述，当硅中的硼浓度是1质量ppm或更低时，如果在提纯中矿渣的硼分配比低，这就会影响硼的去除。该影响是由于当硅中的硼浓度被气体氧化降低时，之前通过矿渣原材料和通过在高硼浓度下的矿渣提纯而储存于矿渣中的硼会从矿渣中溶出而进入硅中。在本发明方法中，由于氧化剂和矿渣彼此相邻，氧化的硼在被硅还原之前被吸收到矿渣中。因此，矿渣中的大部分硼是硼被氧化后的形式，这能够显著增大硼的分配比。因此，复杂矿渣提纯法中由于氧化和/或硼溶出矿渣导致硅损失的问题可以被明显地改善。至少在这个方面，本发明优于复杂矿渣提纯法。

USP5,972,107提出作为矿渣原材料加入的SiO₂可能其本身作为氧化剂起作用。这种可能性基于以下理由：提纯过程以后残留的矿渣包含一些氧化的杂质，例如B₂O₃。但是，本发明人已证实对于在2000℃或更低的温度在大气压力下，硅中的硼浓度是1质量ppm或更低，对于硼来说，作为氧化剂的这种作用很小可以忽略。实际上，以前的矿渣提纯的大多数实例使用基于SiO₂的矿渣，并且硼的分配比一般是约1，认为SiO₂活泼地将硼氧化是不合理的。鉴于此，参考文献中矿渣中的B₂O₃似乎是由氧化气体引起的，并且不能把SiO₂看作硼的氧化剂。另外，该参考文献描述CaO与SiO₂一起加入到熔融硅中来形成矿渣。但是，由于作为代表性材料提出的CaO一般是远比硼氧化物稳定的氧化物，很明显参考文献中描述的添加剂(例如CaO等)不是指氧化剂。

设备的构造：基于图1，下面描述根据本发明的设备的构造。置于提纯炉1中的坩埚2被加热器3加热。熔融硅4置于坩埚2中并保持在一定的温度。向坩埚2内的熔融硅4上加入氧化剂5和矿渣6，氧化剂5通过氧化剂进料管7加入，并且矿渣6通过矿渣进料管8加入。包括硼去除的反应和提纯在熔融硅、氧化剂与矿渣之间开始。在加热和提纯期间，根据气体的种类和浓度，通过气体进料线10和排气线11来控制炉内的气氛。当氧化剂消耗时(通过与熔融硅和矿渣的反应或蒸发)，并且硼几乎完全转移到矿渣中，使用坩埚倾斜装置12将坩埚倾斜，将留在熔融硅上面的矿渣和氧化剂从坩埚中排到废渣接收器9中。然后，将坩埚调至初始位置，并且，如果需要，可将矿渣和氧化剂再次加到熔融硅4上，重复提纯过程。

氧化剂：对于氧化剂，任何氧化剂都可以使用，只要其能满足氧化能力、纯度、操作简便和价格的条件。但是，优选地，氧化剂是包含下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碱金属碳酸盐、碱金属碳酸盐的水合物、碱金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐的水合物或碱土金属氢氧化物。优选这些材料有一些原因。第一，它们的氧化能力强。第二，它们很少因溶解入硅中而导致硅污染。第三，它们通过与矿渣反应，可以稳定形成低熔点和低粘度的矿渣，这使其容易处理(从排出和废物处理来看)。更优选地，氧化剂应包含下面材料中的至少一种：锂、钠、钾、镁、钙或钡作为碱金属元素或碱土金属元素。单位质量的这些元素的化合物将硼氧化的能力比更高分子量的化合物强。这些化合物还容易得到，价格合理，在使用中安全并且可靠。另外优选地，所述氧化剂是包含下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸镁、碳酸钙、上述各种碳酸盐的水合物、氢氧化镁或氢氧化钙。更优选这些材料有一些原因。第一，这些材料能够在熔融硅的表面上形成SiO₂薄膜，其能够抑制熔融硅与矿渣的接触，并且这些材料形成矿渣，并与矿渣一起除去。第二，这些材料是大量生产的产品，并且肯定可以得到高纯度的产品。第三，特别地，对于使用碳酸钠或氢氧化钠，矿渣中的硼可以变成“低沸点材料”。这种低沸点材料包括包含硼和氧气和/或硼、氧气和钠的化合物，并且其特点是容易蒸发和从矿渣中除去。本发明人首先发现形成“低沸点材料”和通过蒸发可以从矿渣中除去的现象。所提到的碱土金属包括铍和镁。

矿渣：对于矿渣，对硅造成污染的可能性小的SiO₂(例如高纯石英砂)或Al₂O₃(例如高纯氧化铝)是优选的基本原料。如后面所述，由于优选在接近硅熔点的温度进行提纯，通过向矿渣原材料加入添加剂降低矿渣的熔点和粘度也是可取的。作为这种添加剂的实例，能够通过将硼变成低沸点物质而蒸发从而除去硼的氧化剂(例如碳酸钠)，可以与炉渣一起提供，给矿渣提供高功能性。或者，也可以加入氧化剂之外的添加剂，这种添加剂可以是CaO，使提纯过程的反应速率更加温和。无论如何，不可避免地一部分氧化剂会与矿渣反应，氧化剂的部分组份会转移到矿渣中。对于矿渣，可以使用粉碎和加热后的可商购高纯钠玻璃。对于矿渣的温度，为了避免硅污染和/或过大的反应速率，优选为2000℃或更低。

矿渣、氧化剂加料操作：可以预先将矿渣原材料混合并加热而形成熔融矿渣或玻璃态矿渣，然后将矿渣加到熔融硅上。在使用氧化剂作为矿渣添加剂的情况中，优选避免向熔融硅上分别加入各种矿渣原材料，然后在熔融硅上形成矿渣。原因如下：如图2a所示，将预先制备的矿渣加到熔融硅上的情况中，作为添加剂的氧化剂的量可以为最小需要量。在提纯过程中，大多数与矿渣分开加入的氧化剂可以通过与硼接触而用来氧化熔融硅中的硼。这是因为矿渣与氧化剂间的反应很慢。另一方面，在如图2b所示的情况中，分别向熔融硅上加各种矿渣原材料，然后在熔融硅上形成矿渣，氧化剂被用于与硼的氧化反应以及矿渣的形成反应。特别地，在加入氧化剂后的早期阶段，消耗掉的大多数氧化剂都用于矿渣形成反应。这可能是因为硅中的硼在被氧化前转移到矿渣中。因此，矿渣中的硼氧化物(可蒸发)的比例变低，导致低的硼分配比。在不向矿渣中加入氧化剂作为添加剂的情况中，(例如加入CaO作为添加剂)，将各种矿渣原材料分别加到熔融硅上并在熔融硅上形成矿渣，然后再单独加入氧化剂就没有问题。

对于氧化剂，可以没有问题地使用纯碱等可商购的颗粒材料。对于粒径，从反应性和加料可操作性来看，其优选在1-50mm的范围。如果允许强烈反应，可以预先将氧化剂加热到稍高于熔点的温度，然后将熔融氧化剂直接加到熔融硅上来增大反应速率。但是，应当注意，氧化剂优选在低于其分解温度的温度下加入，因为大多数碱金属碳酸盐(alkali carbonate)在高于1000℃的温度分解/蒸发。

对于熔融硅上加入的矿渣与加入的氧化剂的位置关系，优选将氧化剂直接放在熔融硅上。因为熔融硅中的硼可以主要通过与氧化剂的直接接触而被氧化，熔融硅与氧化剂的接触面积优选尽可能地大。通过搅拌熔融硅增大接触面积可以提高硼氧化速率。本发明人已经发现，熔融硅中的硼主要通过与氧化剂的直接接触而被氧化，然后迅速作为硼氧化物被矿渣吸收。这提供了高的硼分配比。如果因为对于操作而言反应速率太快而需要降低反应速率，不必将氧化剂放在矿渣下面。相反地，将氧化剂加入使其与矿渣混合(如图3a和图3b所示)或放在矿渣上(如图3c所示)。

不预先准备混合物，很难更好地同时加入矿渣和氧化剂。在实践中，一起加入矿渣和氧化剂是指在短的彼此间隔时间内加入矿渣和氧化剂。在短的间隔时间内加料意味着，例如，在大多数氧化剂消耗完(由于与熔融硅反应和/或在高温下分解/蒸发)之前加入矿渣。更具体地，例如，在最初加入几十公斤氧化剂之后的20分钟内开始加入矿渣是没有问题的。

其它操作条件：对于使用的坩埚，要求其对熔融硅和氧化剂稳定。例如，可以使用石墨和/或氧化铝。为了利用坩埚材料的洗提(elution)作为矿渣的一部分原材料，可以使用主要材料是SiO₂的坩埚。

对于操作温度，从耐久性和对耐火衬里污染的角度来看，优选尽可能地避免在高温下操作。熔融硅的温度优选在硅熔点和2000℃之间。很明显，硅的温度必须在硅熔点或更高的温度。

对于操作的气氛，为了不抑制熔融硅中硼的氧化，优选避免还原气氛(例如氢气)。在使用石墨作为坩埚和/或耐火衬里的情况中，为了避免坩埚和/或耐火衬里因氧化而劣化，优选避免氧化气氛(例如空气)。因此，优选惰性气体气氛，例如氩气氛。对于环境压力，从价格低廉的设备考虑，大气压力是理想的。但是，除非压力很低例如100Pa或更低，没有特别的限制。在这种低压下，熔融硅与矿渣中SiO₂的反应产生大量SiO气体，其会导致非常低的硅百分产率。

实施例

实施例1

使用如图1所示的提纯炉来进行硅提纯。将50kg金属硅颗粒加入到直径500mm的石墨坩埚中，并置于提纯炉内，其中金属硅颗粒具有12质量ppm的硼浓度，平均粒径为5mm。在氩气氛中将坩埚加热至1500℃，保持熔融硅状态。在第二加热炉中，在石墨坩埚中加入20kg高纯石英砂和5kg粉化碳酸钠(Na₂CO₃)的混合物，其中石英砂的硼浓度为1.5质量ppm，并且平均粒径为10mm，碳酸钠的硼浓度为0.3质量ppm，将混合物加热至1600℃并保温，形成矿渣。然后，通过氧化剂进料管向提纯炉中的熔融硅上加入15kg粉化的碳酸钠(Na₂CO₃)，其具有0.3质量ppm的硼浓度，将第二加热炉中制备的矿渣与坩埚一起转移到提纯炉中，并倾斜坩埚将矿渣通过矿渣进料管加到熔融硅上。从加入氧化剂到加入炉渣的时间约为5分钟。完成加入矿渣后，将熔融硅的温度保持在1500℃，并且进行提纯30分钟。完成提纯后，将坩埚倾斜使矿渣和残留的氧化剂排出到废渣接收器中，并对熔融硅取样。按下面方法进行取样。将高纯氧化铝管的一端加热至高于硅熔点的温度，浸入熔融硅中，将熔融硅吸入管中。在炉外，在管的未加热部分淬火形成凝固硅，并将凝固硅从氧化铝管中分离出来作为样品来分析。样品的质量为约100g。样品的组成分析的方法是电感耦合等离子体(ICP)分析法，这种方法在工业中广泛应用。然后，向熔融硅上再次加入氧化剂和矿渣来重复提纯。以这种方式进行提纯。最后得到的样品中的硼浓度为0.09质量ppm，其满足用于太阳能电池的硅的硼浓度要求。在每次提纯操作中取样，得到的硅样品与矿渣样品的平均硼分配比为约7。

实施例2

在本实施例中，使用氢氧化钠作为氧化剂。所有其它材料和方法都与实施例1中相同。最后得到的样品中的硼浓度为0.08质量ppm，其满足用于太阳能电池的硅的硼浓度要求。

实施例3

在本实施例中，使用MgCO₃作为氧化剂。所有其它材料和方法都与实施例1中相同。最后得到的样品中的硼浓度为0.2质量ppm，其满足用于太阳能电池的硅的硼浓度要求。

附加的数字符号表

1：提纯炉

2：坩埚

3：加热器

4：熔融硅

5：氧化剂

6：矿渣

7：氧化剂进料管

8：矿渣进料管

9：废渣接收器

10：进气线

11：排气线

12：坩埚倾斜装置

13：矿渣原材料

14：熔融硅上形成的矿渣

通过引用的方式将本申请中所有引用的专利、出版物、共有未决申请，以及临时申请加入本申请。

本发明如上所述，很明显相同的发明可以多种方式变化。这些变化不视为背离本发明的精神和范围，并且所有这些对本领域技术人员来说明显的改进包括在所附的权利要求的范围之内。

Claims (8)

1.一种通过将熔融硅中的杂质转移到矿渣中来制备高纯硅的方法，其包括：

将氧化剂和矿渣一起加到熔融硅上，其中所述氧化剂是包含选自下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碱金属碳酸盐、碱金属碳酸盐的水合物、碱金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐的水合物和碱土金属氢氧化物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述氧化剂加到所述熔融硅上，使所述氧化剂直接接触所述熔融硅。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述碱金属元素或碱土金属包括选自锂、钠、钾、镁、钙和钡中的至少一种元素。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述碱金属元素或碱土金属包括选自锂、钠、钾、镁、钙和钡中的至少一种元素。

5.一种通过将熔融硅中的杂质转移到矿渣中来制备高纯硅的方法，其包括：

将氧化剂和矿渣一起加到熔融硅上，其中所述氧化剂是包含选自下面材料中的至少一种作为主要组分的材料：碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸镁、碳酸钙、上述各种碳酸盐的水合物、氢氧化镁和氢氧化钙。

6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述氧化剂加到所述熔融硅上，使所述氧化剂直接接触所述熔融硅。

7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述氧化剂加到所述熔融硅上面，并且所述矿渣随后加到所述氧化剂上面。

8.根据权利要求5所述的方法，其中将所述氧化剂加到所述熔融硅上面，并且所述矿渣随后加到所述氧化剂上面。

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