CN101848862A - 制备高纯度硅的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种形成高纯度元素硅的方法。该方法包括步骤：加热硅胶组合物或者衍生自硅胶组合物的中间组合物，其中该硅胶组合物或者中间组合物包括至少大约5重量％的碳，并且该加热温度高于大约1550℃。该加热步骤导致了一种包括元素硅的产物的产生。本发明的另一方面涉及一种制造光电池的方法。该方法包括步骤：由如本发明所述而制备的元素硅来形成半导体基底。然后采用另外的步骤来制作光电装置。

Description

制备高纯度硅的方法
发明背景
本发明涉及一种形成元素硅的方法。更具体的，本发明涉及太阳能级硅的制备，其可以通过光电(“PV”)工业来用于生产晶体硅基的PV组件。
传统上，PV工业依赖于为电子工业所生产的硅来作为它的硅给料。直到大约2000年，用于PV工业的硅给料是由来自半导体工业的等级外的或者不合格的材料组成。通常，来自电子工业的初级材料(例如剩料)、不合格品和废料通常被用作给料。对于电子工业而言，硅给料的成本小于装置成本的5％，而对于PV工业而言，它可能高达组件成本的30％。因为PV工业巨大的增长，目前主要的硅源是初级硅。最终，硅的成本是通过PV装置所产生的电的成本的限制因素。因此，低成本的太阳能级(SoG)硅源能够变成一种用于广泛的PV用途的可授权的工艺。
用于生产所谓的初级硅的方法几乎等同于在生产半导体级硅中所用的这些方法。但是，生产者已经简化了它们的加工中的一些步骤来提供给PV工业。由于成本考虑，这里已经进行了许多的尝试来用更廉价的替代方法替代目前的基于化学气态净化的净化方法。一种示例性的技术包括冶金学净化(凝相)。近年来已经取得了显著的进步，并且几个试验工厂已经投入运行。但是，这些材料仅仅缓慢的引入到市场中，并且通常仅仅用作初级材料的“稀释剂”。
SoG硅的发展集中在两个主要的领域：(a)使用化学加工的电子级(EG)硅变体的生产，和(b)提高质量的冶金学级(MG)硅的生产。在化学加工路线中的进步通过降低EG硅的价格而使得电子工业受益。但是，这种材料的成本对于PV应用来说仍然是不理想的高的。
通过使用用于生产SoG硅的化学加工路线，全部的杂质会被降低到小于大约1ppba的程度。但是，用高达0.1ppma的金属杂质也能够生产高效率的电池。因此，该给料可以包含比EG硅给料更高程度的杂质，而不会危及太阳能电池的性能。
几种用于生产太阳能级硅的方法是已知的，但是这些方法的大部分具有与加工和成本相关的一种或多种缺点。这些方法中的一些基于硅的化合物例如二氧化硅的碳高温还原，并且可能需要高纯度的原料来生产太阳能级硅(solar-grade silicon)。为了满足这些来自PV工业的需要，非常需要发展一种能够生产相对纯的SoG硅的经济性方法。本发明解决上前述的一种或多种在太阳能级硅的生产中存在的问题。
发明内容
本发明提供一种有效的和不昂贵的方法来生产SoG硅。本发明的一种实施方案是一种形成高纯度元素硅的方法，其包括步骤：加热硅胶组合物或者衍生自硅胶组合物的中间组合物，其中该硅胶组合物或者中间组合物包含至少大约5重量％的碳，并且该加热温度高于大约1550℃，来生产一种包含元素硅的产物。然后可以分离和净化该硅产物。
本发明另一方面涉及一种制造光电池的方法。该方法包括步骤：由如此处所述而制备的元素硅来形成半导体基底，随后在半导体基底之内或者之上形成至少一种p-n结。
具体实施方式
根据本发明的一种实施方案，将硅胶组合物在此处所述的生产元素硅的条件下进行加热。该组合物的主要成分是硅胶本身，其是多种形式的市售品。(硅胶也描述在许多的参考文献中，例如“Kirk-OthmerEncyclopedia of Chemical Technology”，第3版第21卷第1020-1032页，其在此引入作为参考)。通常，硅胶是一种粒状的多孔形的二氧化硅。通常，硅胶可以更具体的表述为胶体二氧化硅球形粒子的一种粘着一起的、刚性的、连续的三维网络。该凝胶结构通常包含硅氧烷和硅烷醇键二者。孔可以是相互连接的，并且可以至少部分地填充有水和/或醇，这取决于用于制备该凝胶的具体的水解和缩合反应。
该硅胶可以通过多种技术来制备，如Kirk-Othmer教科书中所述。非限定的例子包括整体沉降(bulk-set)、浆体和水解方法。该凝胶也可以由无盐的胶体二氧化硅直接制备；或者由纯的硅化合物例如硅酸乙酯或者四氯化硅的水解来制备。
在一些优选的实施方案中，该硅胶是通过不同的有机硅烷水解来制备的。(作为此处使用的，“酸解”和“碱性水解”被认为处于“水解”的范围内)。例如，一种或多种有机硅烷可以与含水组合物例如水和任选的与至少一种选自下面的化合物进行反应：醇、酸性催化剂(例如有机酸)和碱性催化剂(例如有机碱)。碱性催化剂可以优选的用于其他的实施方案中。此外，该有机硅烷通常包含了下式的化合物：SiHw(R′)xCly(OR)z；其中0≤w，x≤2；0≤y，z≤4；w+x+y+z＝4；y+z≥2；和R和R′每个独立的选自烷基、芳基或者酰基基团。该有机硅烷非限定性的例子是：Si(OCH3)4、SiH(OCH3)3、Si(OC2H5)4和SiH(OC2H5)3。前述任意的组合也是可能的。
如同本领域技术人员所理解的那样，不同类型的硅胶可以具有多种不同的特性。通常，凝胶是通过形状、大小、表面积和该凝胶粒子的密度；粒子分布；和凝胶结构的聚集强度或者聚结来表征的。如上述提到的Kirk-Othmer教科书中所述，硅胶通常被表征为三种类型之一：普通密度；中等密度；和低密度。区别因素涉及粒度，孔径；孔体积；表面积；溶剂含量(例如水含量)；和制备方法。
在一些具体的实施方案中，硅胶粒子的平均尺寸范围是大约0.01微米-大约400微米，并且典型的，范围是大约0.1微米-大约100微米。此外，该硅胶粒子通常的平均表面积范围是大约10m2/g-大约3000m2/g。在一些具体的实施方案中，该表面积的范围可以是大约100m2/g-大约1000m2/g。此外，该硅胶通常的振实密度范围是大约0.5g/cc-大约1.2g/cc，更通常的范围是大约0.7g/cc-大约1.0g/cc。
该硅胶可以进一步通过它的挥发物含量来表征。通常，主要的挥发性成分是水(处于不同的形式中)，或者相关的化合物或者部分。例子包括共价键合的氢、羟基基团和物理吸附的水。通常，该键合氢，羟基基团和物理吸附的水的总浓度至少是大约0.01原子％。在一些具体的实施方案中，这些成分的总浓度范围是大约0.01原子％-大约5原子％。在一些优选的实施方案中，该二氧化硅键合的氢和羟基基团的总浓度范围是大约0.03原子％-大约1原子％。如上面所引用的Kirk-Othmer教科书中所述，处于表面羟基基团形式的水的百分比会是一种有用的特性，这是因为在表面上较高的羟基基团浓度能够提供更大的吸附水和其他极性分子的能力。
用于太阳能级硅的起始材料的纯度通常会对最终产物的性能产生明显的影响。因此，在优选的实施方案中，将硅胶进行清洗和/或进行其他的技术来净化。该技术非限定性的例子包括用水和/或相容的溶剂进行清洗，有时候使用清洗溶液(例如含有氨)，该溶液包含了各种其他成分或者添加剂。该添加剂非限定性的例子包括各种离子或者非离子化合物。也可以使用多种蒸馏或者过滤技术。(如下所述，这些技术中的一些也可以在更晚的阶段使用，来清洗和分离最终的硅产物)。
硅胶的净化步骤能够有效的除去不同的金属杂质，例如硼和磷。因此，在采用这些步骤之后，硼和磷各个的浓度应当低于大约1ppmw。在一些优选的实施方案中，该浓度低于大约0.1ppmw(份数/百万份，重量单位)，并且在一些特别优选的实施方案中，该浓度低于大约3ppbw(份数/十亿份，重量单位)。(在该起始材料中较高的纯度水平会产生更大纯度的最终产物)。硅胶起始材料提高的纯度，以及它的适度成本(与常规方法的起始材料相比)，代表了一种截然不同的加工优势。
如前面提到的那样，形成硅胶的粒子可以不同的形式存在，或者可以改变成这些形式。例如，如果初始材料具有更类似于真胶体或者“果冻”的形式，则它随后可以转化成更多粒化的或者粒状形式。可以利用不同的技术来改变或者处理该凝胶。作为一个例子，该凝胶可以和粘合剂一起研磨成粉和挤出。可选择的，在干燥过程中可以形成水凝胶。
在本申请中，术语“颗粒”通常指的是起始材料的单个单元(粒子)，其与例如固体连续体材料例如大块相反。因此，该术语包含了范围从微米等级尺寸的极小的粉末微粒(例如诸如325目粉末)高到厘米等级尺寸的相对大的材料粒丸的单元。在一些实施方案中，该颗粒的平均尺寸范围是大约100微米-大约3000微米。
该颗粒可以包含纯的二氧化硅，并且可以通过研磨较大的二氧化硅粒子来生产。该颗粒可以另外的在无机酸中进行清洗来提高二氧化硅的纯度，该无机酸是例如但不限于硝酸、盐酸、氢氟酸、王水、氟硅酸、硫酸、高氯酸、磷酸及其任意的组合。在某些其他的实施方案中，该颗粒是聚集体例如粒丸。该粒丸的中值粒径通常处于毫米-厘米的等级。在一些实施方案中，该聚集体是如下来形成的：将硅胶、粉末或者粒子与粘接剂混合来形成混合物，并且对该混合物进行干燥；通过蒸发溶剂或者通过焙烤或者加热来部分地/完全地分解该粘接剂。示例性的粘接剂包括烃类、糖类、纤维素、碳水化合物、聚乙二醇、聚硅氧烷，和聚合物材料。(如下面进一步描述的那样，在更高温度的加热处理之前，颗粒本身可以用含碳剂(carbonaceous agent)进行处理)。
如上所述，该硅胶组合物在初始时或者通过添加的方式而包含碳。该碳源还原了硅胶，形成了元素硅。在一种实施方案中，该硅胶初始时不含碳，或者包含了一定量的碳，该碳量对于形成主要量的元素硅的还原反应来说是不足的。在这种实施方案中，将来自单独源(固态、液态或者气态源)的碳与硅胶进行合并。该碳源非限定性的例子包括炭黑、石墨、碳化硅、至少一种烃(例如甲烷、丁烷、丙烷、乙炔或者其组合)、或者天然气。
各种技术可以用来合并碳和硅胶。在固体碳材料的情况中，可以使用常规的混合技术。在气态碳源例如天然气的情况中，“裂化反应”能够用来将碳沉积到硅胶粒子的颗粒上。用于将含碳涂层提供到二氧化硅颗粒上的相关技术描述在美国专利申请11/497876(T.McNulty等人)中。这个待批申请是2006年8月3日申请的，并且在此引入作为参考。通常，本领域技术人员熟悉多种用于合并碳和硅胶的其他方法。(在一些情况中，使用烃基材料作为碳源是非常有利的，这归因于它比碳源例如高纯度炭黑更低的成本)。
碳存在的适当量取决于各种因素，例如在凝胶组合物中二氧化硅的量；水或者其他挥发性或者可分解成分的量；和挥发性一氧化硅的量(SiO，一种中间体化合物)，其在高温反应来形成硅的过程中失去。通常，该硅胶组合物通常包含至少大约5重量％的总碳，基于二氧化硅和碳的总重量。(在用碳源处理完成之后，该碳含量可以通过各种技术来测量，例如通过点火损失测试(loss-on-ignition test)来测量)。在一些具体的实施方案中，该凝胶组合物包含至少大约15重量％的碳。在有时候优选的实施方案中，该凝胶组合物包含至少大约25重量％的碳。部分地基于此处所述的因素，本领域技术人员能够选择最佳的碳含量。
在其他实施方案中，硅胶可以已经包含了足以进行还原反应来形成元素硅的量的碳。例如，该凝胶可以由这样的有机硅烷来合成，该硅烷包含了在水解后保持在适当位置上的含有束缚碳(bound carbon)的基团。例子包括各种烷基、芳基、烷氧基或者芳氧基基团。
此外，在一些情形中，衍生自该硅胶组合物的中间组合物可以用来形成元素硅。作为此处使用的，“中间组合物”指的是由硅胶组合物通过物理技术、化学技术或者物理和化学技术相结合来形成的任何组合物。作为一个例子，该硅胶组合物可以部分地或者完全地进行煅烧，来形成中间组合物。
煅烧技术通常包括在相对的高温对材料进行处理，虽然该热处理通常是在低于该材料的熔点，即，在这种情况中低于二氧化硅的熔点来进行的。煅烧除去了硅胶组合物至少一部分的挥发性成分，并且还可以将全部或者部分的该硅胶材料转化成为不同的组合物。例如，该硅胶可以通过煅烧转化成合成的二氧化硅或者“合成的硅砂”。
此外，如果该硅胶初始时包含碳，或者将碳在煅烧步骤中混入到二氧化硅中，则所形成的煅烧产物可以是合成的二氧化硅、碳化硅、碳氧化硅，或者其各种组合。煅烧处理方案可以发生相当大的变化。通常，本发明实施方案的煅烧包括在大约50℃-大约1500℃范围中的加热温度进行大约1小时-大约1000小时。(较高的温度可补偿较短的处理时间，而较长的处理时间可补偿较低的温度)。
煅烧可以因为不同的原因而是有利的。例如，通过这种技术除去水可显著的提高整个方法的效率，这是因为水不是还原反应的活性成分，并且通常必须部分地或者完全的在生产加工过程中的某些点时除去。此外，煅烧可提高硅胶中间组合物的流变性能，例如，提高它进入炉中的“流动性”来用于还原反应。如下所述，该中间组合物所述的热处理以一种类似于硅胶本身处理的方式，导致了期望的元素硅的形成。
如上所述，将该硅胶组合物在足以经由化学还原来形成元素硅的温度进行加热。加热可以通过不同的技术来进行。在一些实施方案中，使用感应或者电阻加热，其使用合适的炉子例如竖炉或者卧式转炉。
加热温度将取决于各种因素。例子包括所用炉子的类型；硅胶组合物的具体含量；和材料在炉子中的驻留时间；以及反应动力学，例如凝胶粒度和粉末混合度(均匀性)。在优选的实施方案中，加热是在至少大约1550℃，优选至少大约1700℃的温度进行的。在一些特别优选的实施方案中，加热是在至少大约2000℃的温度进行的。关于该加热步骤的其他详细内容可以在不同的参考文献中找到。例子包括US专利4439410(Santen等人)和4247528(Dosaj等人)，这二者都在此引入作为参考。
作为直接加热硅胶来形成元素硅的一种可替代的方案，该硅胶可以首先加热到大约1550℃-大约1800℃的温度范围。在这个温度加热导致形成了一种包含碳化硅和挥发性副产物的中间组合物，该挥发性副产物包括下面的至少一种：CO，H2，H2O和CO2。然后该含有碳化硅的中间组合物可以在更高的温度例如高于大约2000℃的温度进行反应，来形成熔融形式的元素硅。
作为前述的另外一种可替代方案，硅胶可以如上所述转化成为不同类型的具有预先选择的平均粒径的颗粒。然后可以将碳沉积在该颗粒的至少一部分表面上，例如通过甲烷或另一种烃的分解来沉积。(上面示例了烃裂化反应)。因此，含碳的二氧化硅颗粒也可以充当“中间组合物”，其随后进行反应来形成元素硅。
在一些优选的实施方案中，上述的许多方法步骤是连续进行的。在一些例子中，基本上全部的该方法步骤是连续进行的，例如，从将硅胶和碳源(或者已经含有碳的凝胶)供给到炉子中的步骤到从炉子中提取元素硅的步骤。任选的步骤，例如硅胶的预热或者部分的煅烧也可以在相同的炉子中进行。硅胶的粒化也可以作为上述连续的方法的次级步骤来进行。此外，用碳来包覆该硅胶颗粒可以原位进行。
通过本发明的方法所形成的元素硅可以通过本领域公知的许多技术来进行分离和净化。作为非限定性的例子，可以使用多种清洗、蒸馏和过滤技术。此外，硅粉末产物可以经历各种热加工(例如等离子体技术)，其例如通过熔融-凝固-再熔融循环而提高了纯度。部分的基于此处的教导，本领域技术人员能够确定用于给定情形的最适当的分离和净化步骤。这些步骤也可以是始于硅胶处理的连续性次序的一部分。此处所述的方法能够导致形成商业上可行量的高纯度元素硅。
在硼和磷含量方面，由此处所述的方法而制备的元素硅通常具有与通过常规的技术(例如通过石英砂或者其他形式的天然二氧化硅的典型的碳高温还原)而生产的硅相当的或者更高的纯度水平。这个发现有些让人惊讶，这是因为该方法表现的比现有技术中的这些方法更简单和更经济。作为一个例子，由本发明所制备的元素硅被认为可以立即用于光电基底制作，而不需进行许多的后续加工步骤例如彻底干燥和粒度分级。虽然这样的步骤的确是任选的，但是增加的弹性(并不总是必须采用它们)是一种重要的制造考虑因素。
通常，元素硅(在任何的另外的净化步骤之前)通常具有不大于大约1ppmw的硼含量，和不大于大约1ppmw的磷含量。在一些具体的实施方案中，该元素硅的硼含量不大于大约0.1ppmw，和/或磷含量不大于大约0.1ppmw。在对于某些最终用途而言特别优选的实施方案中，元素硅的硼含量不大于大约0.03ppmw，和/或磷含量不大于大约0.03ppmw。
由本发明所获得的元素硅可以直接用于太阳能电池的制造加工中。但是，也可以使用另外的产物处理步骤。例如，熔融的产物可以经历进一步的净化步骤，例如通过沉降来除去残留的碳化硅粒子。定向凝固可以用来除去过渡金属杂质。进一步的净化步骤可以提供这样的产物，该产物的纯度对于电子级应用而言是足够的。
本发明的另一方面涉及一种制造光电池的方法。该方法包括步骤：由此处所述而制备的元素硅来形成半导体基底。该基底材料可以是单晶或多晶形式，并且可以具有根据已知的程序所选择的类型的导电率。单晶基底可以通过刚玉的直拉生长法(Czochralski)或者浮动区域(float-zone)的生长，随后通过锯开和抛光来制备。多晶基底可以通过锭的流延和定向凝固，随后通过锯开和抛光来形成。(本领域技术人员熟悉许多其他常规的关于基底形成的详细内容)。
在一种典型的制作方法中，至少一种p-n结在该基底之内或之上形成。作为一个例子，p-n结可以通过将来自合适的源(例如，氯氧化磷POCl3)的磷扩散到p-型硼-掺杂的硅基底中而形成。(如本领域技术人员理解的那样，横穿该p-n结所建立的电场导致了形成一种二极管，该二极管仅仅在横穿该结的方向上促进了电流流动，和促进了通过吸收太阳能辐射而形成的电子-空穴对的分离和收集)。作为另一个例子，p-n结可以如下来形成：将两层的无定形氢化硅沉积在基底表面上，并且第一层是未掺杂的，第二层是用与基底相反的极性掺杂的，这样来形成了p-n结。
其他常规的步骤通常也用于光电池的制备中，例如，在电池的各种n-类型和p-类型区域之间形成金属-半导体触点；形成其他金属化旁路并连接到外荷载；以及各种蚀刻、表面纹理化、吸气法、钝化和清洁步骤。本领域技术人员能够容易确定用于期望的光电池的最适当的制作程序。
虽然已经出于示例性目的而阐明了优选的实施方案，但是前述的说明不应当被认为是对本发明范围的限制。因此，本领域技术人员能够想到进行不同的改进、改变和替代，而不脱离本发明的主旨和范围。上述全部的专利、专利申请(包括临时申请)、论文和教科书在此引入作为参考。

Claims (34)

1.一种形成高纯度元素硅的方法，其包括步骤：加热硅胶组合物或者衍生自硅胶组合物的中间组合物，其中该硅胶组合物或者中间组合物包含至少大约5重量％的碳，并且该加热温度高于大约1550℃，来生产一种包含元素硅的产物。
2.权利要求1的方法，其在竖炉中进行。
3.权利要求1的方法，其作为一种连续的方法来进行。
4.权利要求1的方法，其中在加热之前，对该硅胶组合物或者中间组合物进行清洗。
5.根据权利要求1的方法，其中该硅胶是高纯度硅胶，其通过水解至少一种有机硅烷来获得。
6.权利要求1的方法，其中该硅胶包含硼。
7.权利要求6的方法，其中硼的浓度低于大约1ppmw。
8.权利要求1的方法，其中该硅胶包含磷。
9.权利要求8的方法，其中磷的浓度低于大约1ppmw。
10.权利要求1的方法，其中该硅胶组合物是至少部分地煅烧的。
11.权利要求1的方法，其中在加热步骤之前，将硅胶与碳源合并来获得包含碳的硅胶组合物。
12.权利要求11的方法，其中该碳源选自：元素碳；石墨，焦炭，碳化硅，炭黑；至少一种碳的化合物；和前述任意的组合。
13.权利要求12的方法，其中该碳化合物包含烃化合物。
14.权利要求13的方法，其中硅胶与碳源的合并包括将碳沉积到该硅胶的至少一部分上。
15.权利要求14的方法，其中该碳是通过至少一种烃的分解来获得的。
16.权利要求1的方法，其中该硅胶组合物是通过这样的技术来形成的，该技术包括将至少一种有机硅烷化合物与含水组合物进行反应。
17.权利要求16的方法，其中有机硅烷化合物与含水组合物的反应是在至少一种另外的化合物存在下进行的，该另外的化合物选自醇、酸性催化剂和碱性催化剂。
18.权利要求16的方法，其中该有机硅烷化合物包含含有束缚碳的基团，并且该硅胶是通过水解有机硅烷化合物或者多有机硅烷化合物(multiple organosilane compound)来制备的。
19.权利要求18的方法，其中在有机硅烷化合物或者多有机硅烷化合物水解之后，该含有束缚碳的基团基本上保持完好。
20.权利要求18的方法，其中该含有束缚碳的基团选自烷基基团、芳基基团、烷氧基基团、芳氧基基团及其组合。
21.权利要求16的方法，其中该有机硅烷包含具有式SiHw(R′)xCly(OR)z的化合物；其中0≤w，x≤2；0≤y，z≤4；w+x+y+z＝4；y+z≥2；和
R和R′每个独立的选自烷基基团、芳基基团、酰基基团及其组合。
22.权利要求21的方法，其中该有机硅烷选自Si(OCH3)4、SiH(OCH3)3、Si(OC2H5)4、SiH(OC2H5)3和前述任意的组合。
23.权利要求1的方法，其中该中间组合物包含至少一种选自下面的材料：合成的二氧化硅、碳化硅、碳氧化硅及其组合。
24.权利要求1的方法，其中将该元素硅进行分离和净化。
25.权利要求24的方法，其中净化是通过包括清洗的技术来进行的。
26.权利要求1的方法，其中该硅胶组合物是粒状形式的。
27.权利要求26的方法，其中该硅胶组合物中二氧化硅的平均粒度是大约0.01微米-大约400微米。
28.权利要求26的方法，其中该硅胶组合物的表面积是大约10m2/g-大约3000m2/g。
29.权利要求26的方法，其中该硅胶组合物包含束缚氢(bound-hydrogen)、羟基基团或者物理吸附的水或者前述任意的组合。
30.权利要求29的方法，其中束缚氢、羟基基团和物理吸附的水的总浓度至少是大约0.01原子％。
31.权利要求30的方法，其中束缚氢、羟基基团和物理吸附的水的总浓度是大约0.1原子％-大约5原子％。
32.一种形成高纯度元素硅的方法，其包括下面的步骤：
(I)通过一种技术来制备硅胶组合物，该技术包括将水与选自下面的至少一种有机硅烷化合物进行反应：Si(OCH3)4、SiH(OCH3)3、Si(OC2H5)4和SiH(OC2H5)3；
(II)在该硅胶组合物存在下，通过烃裂化反应来分解烃物质，目的是将由该烃物质分解所形成的碳沉积在硅胶组合物颗粒上；
(III)将该含碳的硅胶组合物加热到高于大约2000℃的温度，来生产一种包含元素硅的产物；和
(IV)分离元素硅。
33.权利要求32的方法，其中步骤(I)是在至少一种选自下面的化合物的存在下进行的：醇、酸性催化剂和碱性催化剂。
34.一种制造光电池的方法，其包括下面的步骤：
(A)如下来制备高纯度元素硅：
(a)加热硅胶组合物或者衍生自硅胶组合物的中间组合物，其中该硅胶组合物或者中间组合物包含至少大约5重量％的碳，并且该加热温度高于大约1550℃，来生产一种包含元素硅的产物；
(b)分离该元素硅；
(B)由该元素硅形成半导体基底；和
(C)在该半导体基底之内或者之上形成至少一种p-n结。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110862091A (zh) * 2019-12-25 2020-03-06 苏州纳迪微电子有限公司 高纯石英砂及其制备方法与应用

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080135721A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 General Electric Company Casting compositions for manufacturing metal casting and methods of manufacturing thereof
US7887633B2 (en) * 2008-06-16 2011-02-15 Calisolar, Inc. Germanium-enriched silicon material for making solar cells
US8758507B2 (en) * 2008-06-16 2014-06-24 Silicor Materials Inc. Germanium enriched silicon material for making solar cells
EP2844839A1 (en) 2012-04-23 2015-03-11 General Electric Company Turbine airfoil with local wall thickness control

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1157902A (en) * 1915-06-23 1915-10-26 John E Reynolds Apparatus for preventing the emulsification of oil from wells.
NO129623B (zh) * 1972-01-25 1974-05-06 Elkem Spigerverket As
SE415558B (sv) * 1978-06-02 1980-10-13 Kema Nord Ab Forfarande for framstellning av kisel eller fenokisel
US4247528A (en) * 1979-04-11 1981-01-27 Dow Corning Corporation Method for producing solar-cell-grade silicon
SE421065B (sv) * 1979-10-24 1981-11-23 Kema Nord Ab Forfarande for framstellning av kisel eller ferrokisel
DE3016807A1 (de) * 1980-05-02 1981-11-05 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Verfahren zur herstellung von silizium
DE3023297C2 (de) * 1980-06-21 1988-05-05 International Minerals & Chemical Luxembourg S.A., 2010 Luxembourg Verfahren zur Herstellung eines Vorproduktes für die Erzeugung von Siliziumcarbid
US4457902A (en) * 1980-10-24 1984-07-03 Watson Keith R High efficiency hydrocarbon reduction of silica
US4360703A (en) * 1981-04-28 1982-11-23 National Research Council Of Canada Photovoltaic cell having P-N junction of organic materials
SE435370B (sv) * 1981-10-20 1984-09-24 Skf Steel Eng Ab Sett att framstella kisel
DE3215981A1 (de) * 1982-04-29 1983-11-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum herstellen hochreiner ausgangsmaterialien fuer die fertigung von silizium fuer solarzellen nach dem carbothermischen reduktionsverfahren
US4428917A (en) * 1982-05-24 1984-01-31 Westinghouse Electric Corp. Purification of silicon
US4643833A (en) * 1984-05-04 1987-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Method for separating solid reaction products from silicon produced in an arc furnace
DE3541125A1 (de) * 1985-05-21 1986-11-27 International Minerals & Chemical Corp., Northbrook, Ill. Verfahren zur herstellung von silicium oder ferrosilicium in einem elektronierderschachtofen und fuer das verfahren geeignete rohstoff-formlinge
US4680096A (en) * 1985-12-26 1987-07-14 Dow Corning Corporation Plasma smelting process for silicon
JPS6379717A (ja) * 1986-09-24 1988-04-09 Kawasaki Steel Corp 金属珪素の製造方法およびその装置
US4798659A (en) * 1986-12-22 1989-01-17 Dow Corning Corporation Addition of calcium compounds to the carbothermic reduction of silica
US4997474A (en) * 1988-08-31 1991-03-05 Dow Corning Corporation Silicon smelting process
JPH0826742A (ja) * 1994-07-11 1996-01-30 Mitsubishi Chem Corp 合成石英ガラス粉
DE69630951T2 (de) * 1995-05-26 2004-10-21 Mitsubishi Chem Corp Synthetisches quarzglaspulver, geformtes quarzglas, hochreines tetraalkoxysilan und deren herstellungsverfahren
FR2827592B1 (fr) * 2001-07-23 2003-08-22 Invensil Silicium metallurgique de haute purete et procede d'elaboration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110862091A (zh) * 2019-12-25 2020-03-06 苏州纳迪微电子有限公司 高纯石英砂及其制备方法与应用
CN110862091B (zh) * 2019-12-25 2022-08-02 苏州西丽卡电子材料有限公司 高纯石英砂及其制备方法与应用

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