CN101955186A - 一种物理除硼制备多晶硅的方法 - Google Patents

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苏文华
李胜路
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一种硅中硼元素的去除方法，包括以下步骤：(1)选用优质硅，一般以2202品质硅为准(2)称取一定量的硅加入到精炼炉中，精炼(3)将精炼炉送电加热到使硅全融化状态(4)按照碱性造渣剂与硅总重比为1∶1～1∶5的比例配置称量好碱性造渣剂；(5)将配置称重好的碱性造渣剂平分10等份，分10次加入到精炼炉中，每次熔炼一小时再滤去表面渣液，反复加剂熔炼滤渣10次；(6)准备好带有微孔过滤装置的定向浇铸容器，将硅液通过微孔过滤装置浇注到定向容器中进行定向冷却，检测硼的含量小于0.4PPm，制得低硼高纯度硅。本发明工艺简单、操作简便、能耗低、无污染排放。

Description

一种物理除硼制备多晶硅的方法
技术领域
本发明涉及一种物理除硼制备多晶硅的方法。
背景技术
随着全球能源消费量不断提高，常规非可再生能源已经不能满足大多数国家的供给需求。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可开采年限仅有40年，天然气剩余可采年限60年，煤炭剩余可采年限120年。另一方面，一次性能源的开采和应用也是造成生态破坏和全球环境污染的一个重要原因。因此，可再生新能源的开发使用是人类长久发展的必要条件，也是我们可持续性发展的根本之法。
新能源光伏发电产业，作为可再生清洁能源，因其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便、资源广阔等其他常规能源所不具备的优点，被公认是21世纪重要的新能源，已广泛应用在并网发电、民用发电、公共设施以及一体化节能建筑等方面，目前晶体硅光伏发电系统占据新能源光伏发电市场的主要地位。随着多晶硅提纯技术的应用及硅片加工技术进一步成熟，光电转换效率的提高以及其他工艺技术的发展，包括新能源光伏发电在内的可再生能源完全有可能完成从补充能源到常规能源的角色转换。
作为光伏发电产业的基础产品-高纯多晶硅材料，其生产技术的进步是光伏发电产业能否推广和应用发展的重要环节。如何降低太阳能发电成本、减少环境污染、降低生产能耗、提高生产安全的可靠性是光伏产业发展的重要课题。目前全球生产高纯多晶硅料主要使用西门子化学生产方法，但随着全球对环境保护、安全的要求增高以及当前全球金融危机影响，市场需求更低价格的高纯硅料。在此情况下新的低成本更环保高纯多晶硅生产技术在全球不断开发和获取成功，特别是低成本环保的物理法高纯多晶硅生产技术在一些发达国家取得成功以及在运用领域得到有效使用验证，为物理法高纯多晶硅生产提供了巨大的发展空间；低成本环保的物理法生产的6N高纯硅料大量运用于太阳能电池制造光伏产业，以更低的发电成本推进太阳能清洁发电广泛使用。
冶金级硅中微量杂质几乎含有元素周期表中所有元素，由于各族元素的特性不同，要将硅中的杂质元素一一去除并达到要求，其工艺控制是非常复杂和严格的，在提纯过程中面临的困难很多。首先必须对硅中的各杂质元素的化学特性进行分析掌握，对症下药，付诸实践，更重要的要防止在提纯过程中杂质元素的互相污染。
目前世界上各国生产多晶硅的方法主要有化学法和冶金法。而化学法主要以西门子法为主；冶金法主要为物理提纯技术，也称物理法。两者的主要区别在于化学法在工艺过程中改变硅的化学成分，经过一系列的化学反应最后还原成硅，而物理法在生产工艺过程中保持硅的成分不变，通过一系列的去杂提纯而成。
西门子化学法主要利用冶金级硅与无水氯化氢进行反应生成三氯氢硅(SiHCl3)，再通过蒸馏得到电子级三氯氢硅，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内加热到1100℃进行VCD反应生成高纯多晶硅。
物理法提纯技术杂质元素的去除可分为两类：一类是金属杂质元素的去除，主要以Fe、Al、Ca三项元素为代表；另一类是非金属元素的去除，主要是P和B两项元素为代表。太阳能级多晶硅的要求为总杂质含量＜1ppm即6N，特别是对P和B元素的含量要求非常严格，(B＜0.4ppm，P＜0.7ppm)，提纯工艺过程中P和B两种元素由于其化学特性的特殊性，达到太阳能级多晶硅要求给工艺带来极大困难。目前世界上运用物理法技术突破这项技术的微乎其微。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种硅中硼元素的去除方法，以解决背景技术中的问题：
本发明公开了一种造渣除硼制备太阳能级多晶硅方法，该方法是将碱性造渣剂按一定的比例加入到硅融体中，在一定的温度和时间下，利用碱性造渣剂对硼强烈的吸附作用，使硅中的硼元素被吸附到渣系中，并多次进行渣液过滤，再通过渣液微孔分离后进行定向冷却制得低硼高纯度硅，使硼的含量降到0.4PPm以下，符合太阳能级多晶硅要求，该方法简便易行，投入低。
一种硅中硼元素的去除方法包括以下步骤：
1、选用优质硅，一般以2202品质硅为准，且硼元素含量小于或等于4PPm；
2、称取一定量的硅加入到精炼炉中，硅量的要求可根据其设计的精炼炉容量而定；
3、将精炼炉送电加热到使硅全融化状态，测液体硅温度为1450℃；
4、按照碱性造渣剂与硅总重比为1∶1～1∶5的比例配置称量好碱性造渣剂；
5、将配置称重好的碱性造渣剂平分10等份，分10次加入到精炼炉中，每次熔炼一小时再滤去表面渣液，反复加剂熔炼滤渣10次；
6、准备好带有微孔过滤装置的定向浇铸容器，将硅液通过微孔过滤装置浇注到定向容器中进行定向冷却，检测硼的含量小于0.4PPm，制得低硼高纯度硅。
有益效果
本发明工艺简单、操作简便、能耗低、无污染排放，已在规模化工业生产中得到应用。所生产出的产品能将冶金硅中硼的含量降至0.4ppm以下，不会对硅的特性造成影响，并且有一定去除其他杂质元素的效果，所生产出来的产品符合太阳能级硅的要求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将含4ppm硼的硅20千克放置到精炼炉中，利用电加热至使硅全熔化状态，保持液体硅温度在1450℃，将具有60％重量的CaO和40％重量的SiO2的混合造渣剂100千克，分成10等份，分10次投入到熔融状态的硅中，每次加剂后熔炼1小时，滤去渣液，重复操作10次，将硅液通过微孔过滤装置浇注到定向浇铸容器中进行冷却。纯化后硅中硼含量为0.4ppm，能达到太阳能级硅的要求。
实施例2
将含2ppm硼左右的硅100千克分批加入到精炼炉中，利用电加热至使硅全熔化状态，保持液体硅温度在1450℃，将具有60％重量的CaCO3和40％重量的SiO2的混合造渣剂100千克，分成10等份，分10次投入到熔融状态的硅中。每次加剂后熔炼1小时，滤去渣液，重复操作10次。将硅液通过微孔过滤装置浇注到定向浇铸容器中进行冷却。纯化后硅中硼含量为0.3ppm，能达到太阳能级硅的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种硅中硼元素的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、选用优质硅，一般以2202品质硅为准，且硼元素含量小于或等于4PPm；
(2)、称取一定量的硅加入到精炼炉中，硅量的要求可根据其设计的精炼炉容量而定；
(3)、将精炼炉送电加热到使硅全融化状态，测液体硅温度为1450℃；
(4)、按照碱性造渣剂与硅总重比为1∶1～1∶5的比例配置称量好碱性造渣剂；
(5)、将配置称重好的碱性造渣剂平分10等份，分10次加入到精炼炉中，每次熔炼一小时再滤去渣液，反复加剂熔炼滤渣10次；
(6)、准备好带有微孔过滤装置的定向浇铸容器，将硅液通过微孔过滤装置浇注到定向容器中进行定向冷却，检测硼的含量小于0.4PPm，制得低硼高纯度硅。
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