CN101935040A - 一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，所述方法是将杂质硅熔化成棒状用作自耗电极，将硅自耗电极放置在真空自耗电弧炉中进行熔炼，得到硅锭，除去硅锭表面的杂质，再用酸或碱除去坩埚表面带来的杂质，得到高纯硅材料。而杂质硅中的低温杂质如硫、磷则在熔炼过程中成气体状态气化了，从而将杂质硅中的低温杂质硫、磷等除去。本发明用于除去硅中的低温杂质如磷等，特别是用于回收半导体废料，具有效率高、工艺简单、成本低、对环境没有污染的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除硅中杂质的方法，特别涉及一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法。
技术背景
现在随着太阳能电池的应用越来越广泛，用于制作太阳能电池的材料硅的需求量越来越大。但由于工业硅产品里含有较多的杂质，目前还不能直接用于制作太阳能电池。现在硅的提纯主要采用的是西门子法，该方法是先将硅转化成三氯氢硅，经过精馏后再在高温下用氢气进行还原，该工艺污染大、能耗多、成本高。虽然现在也有一些其它技术提纯方法，如中国专利局于2007.07.11公开的专利申请号200610166374.6发明名称《一种硅的提纯方法》发明技术，该项发明解决目前硅提纯过程中消耗电力巨大，而且生产成本居高不下的问题，但最终仍然要采用化学方法，转化成硅烷进行提纯，化学方法污染环境、能耗高、工艺复杂、安全性差。因此，现在急需一种工艺简单、能耗低、对环境污染小的除去硅中杂质的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的缺点，提供一种效率高、工艺简单、成本低、对环境没有污染的除去硅中低温杂质的方法。
为此，本发明提供了一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，所述方法是将杂质硅熔化成棒状用作自耗电极，将硅自耗电极放置在真空自耗电弧炉中进行熔炼，得到硅锭，除去硅锭表面的杂质，再用酸或碱除去坩埚表面带来的杂质，得到高纯硅材料。而杂质硅中的低温杂质如硫、磷则在熔炼过程中成气体状态气化了，从而将杂质硅中的低温杂质硫、磷等除去。
在本发明提供的另一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法中，所述真空自耗电弧炉中充入惰性气体，通过充入惰性气体如氩气将真空自耗电弧炉中的空气置换，再抽成真空从而更加减少了真空自耗电弧炉中的氧气的量，防止硅在熔炼过程中被氧化。
在本发明提供的另一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法中，所述半导体废料含硫杂质。所述半导体废料含磷杂质。因为硫、磷杂质现在只有采用化学方法才能除去，而本发明采用物理法去除。硫、磷杂质由于熔点和沸点都比较低，在熔炼过程中易挥发，所以适合于本发明所采用的提纯方法。
在本发明提供的另一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法中，所述杂质硅是回收的半导体废料，采用本发明回收半导体废料具有一定的优势，因为半导体废料本身的纯度非常高，只是在使用过程中被污染了，只要经过清洗其表面完全可以达到如制作太阳能电池所要求的纯度。关键是其中里面所含的人为加入的“掺杂”的杂质如磷，要将这些杂质除去现在只有用化学方法，但采用本发明就相对容易除去。所述的半导体废料可以是单晶或多晶硅棒切割废料，因为单晶或多晶硅在使用过程中有百分之四十变成了粉末废料。
本发明提供的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法与现有技术相比具有以下优点：
1.无污染：由于真空电弧熔炼法是物理分离方法，没有进行化学反应，在整个分离提纯过程中无废水、废气产生，对环境无污染；
2.成本低：由于是在真空中进行，减少了化学药品的使用，降低了生产成本。
下面通过附图描述的本发明的实施例，可以更清楚地理解本发明的构思、方法。
附图说明
附图1是本发明提供的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
参照附图1，附图1是本发明提供的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法的一个实施例的结构示意图：在真空炉体4里安装可以移动的电极吊杆3，在电极吊杆3上顶部与电源负极1相连，在电极吊杆3的下端是夹头5，夹头下端5下是辅助电极6，辅助电极6与硅自耗电极7，硅自耗电极7是将准备提纯的硅熔化成棒状用作自耗电极，真空炉体4的底部安装了水冷铜坩埚8，水冷铜坩埚8与电源的正极2相连，在水冷铜坩埚8的外面是水冷夹套11，冷却水从冷却水进口12进从冷却水出口13出，降低水冷铜坩埚8的温度。启动真空泵，开通电源，真空泵通过真空抽气管道10将真空炉体4抽成真空，调节电极吊杆3，使硅自耗电极7与水冷铜坩埚8之间产生电弧，硅自耗电极7熔化成硅锭9，硅自耗电极7中的低温杂质如磷等挥发与硅分离，从而得到较纯的硅锭9，熔炼结束后将硅锭9取出，去除表面的杂质，再用酸或碱进行清洗，得到高纯硅材料。
上面所述实施例是对本发明进行说明，并非对本发明进行限定。本发明要求保护的构思、方法和范围，都记载在本发明的权利要求书中。
Claims (6)
1.一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，包括杂质硅，其特征是：所述方法是将杂质硅熔化成棒状用作自耗电极，将硅自耗电极放置在真空自耗电弧炉中进行熔炼，得到硅锭，除去硅锭表面的杂质，再用酸或碱除去坩埚表面带来的杂质，得到高纯硅材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，其特征是：所述真空自耗电弧炉中充入惰性气体。
3.根据权利要求1所述的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，其特征是：所述杂质硅是回收的半导体废料。
4.根据权利要求3所述的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，其特征是：所述半导体废料含硫杂质。
5.根据权利要求3所述的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，其特征是：所述半导体废料含磷杂质。
6.根据权利要求3所述的一种利用真空电弧熔炼法除去硅中低温杂质的方法，其特征是：所述半导体废料是单晶或多晶硅棒切割废料。
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