CN103553050A - 多晶硅连续化介质熔炼方法 - Google Patents
多晶硅连续化介质熔炼方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103553050A CN103553050A CN201310514376.XA CN201310514376A CN103553050A CN 103553050 A CN103553050 A CN 103553050A CN 201310514376 A CN201310514376 A CN 201310514376A CN 103553050 A CN103553050 A CN 103553050A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slag
- poured
- silicon
- melting
- resistance furnace
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于多晶硅提纯领域，具体涉及一种多晶硅连续化介质熔炼方法，按照以下步骤进行：将硅料和渣剂在中频感应加热炉中熔化，从而进行第一次介质熔炼，熔炼结束后，将中频感应加热炉中的上层旧渣倒入耐热铸铁模具中，将硅液倒入到电阻炉中，加入渣剂再次进行介质熔炼，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。本发明的优点在于：（1）提高生产效率20～30%，节省电耗1000～2000度/吨；（2）利用电阻炉代替部分中频炉，减少中频设备数量；（3）电阻炉中用碳化硅坩埚代替石墨坩埚，避免石墨烧损带来的损耗；（4）B杂质含量小于0.3ppmw。
Description
技术领域
本发明属于多晶硅提纯领域，具体涉及一种多晶硅连续化介质熔炼方法。
背景技术
当今世界能源危机与环境污染压力并存，人们急需清洁、安全，可持续的新能源。太阳能作为满足这样要求的能源，一直都是人们追求的目标。人们对太阳能的使用最早是其热效应的利用，但难以完全满足现代社会的需要。直到半导体光电效应的发现，太阳能电池的制造，人们找到太阳能新的利用方式。硅作为太阳能电池的最理想原料，其中的杂质主要有Fe、Al、Ca等金属杂质和B、P等非金属杂质，而这些杂质元素会降低硅晶粒界面处光生载流子的复合程度，而光生载流子的复合程度又决定了太阳能电池的光电转换效率，所以有效的去除这些杂质在太阳能电池的应用方面有着至关重要的作用。
太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。多晶硅原料的提纯工艺目前主要依赖以下几种工艺：西门子法、硅烷法、气体流化床法和冶金法。其中，冶金法因具备工艺简单、成本较低的优点极具发展潜力。目前，冶金法工艺主要有四大工艺环节，介质熔炼、定向凝固、电子束熔炼和铸锭。
传统的冶金法工艺流程中，介质熔炼工艺用于去除多晶硅中的B杂质，利用中频感应加热炉作为熔炼设备，利用石墨坩埚作为载体，对设备和石墨坩埚的要求高，成本高。熔炼过程不够连续，需要经过多次倒渣-加渣-熔化的过程，无法交替进行，生产效率低。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提出一种多晶硅连续化介质熔炼方法，通过对工艺改进，将中频感应加热炉和电阻炉相结合，实现连续化生产，并且能够降低生产成本。
本发明所述的一种多晶硅连续化介质熔炼方法，按照以下步骤进行：将硅料和渣剂在中频感应加热炉中熔化，从而进行第一次介质熔炼，熔炼结束后，将中频感应加热炉中的上层旧渣倒入耐热铸铁模具中，将硅液倒入到电阻炉中，加入渣剂再次进行介质熔炼，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
优选按照以下步骤进行：
（1）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，控制加热功率使其全部熔化，然后分3～5次加入剩余渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为0.5～3:1，熔炼温度为1600～1800℃，每次加入的熔炼时间为20～30min；
（2）向电阻炉中的碳化硅坩埚加入渣剂，采用硅碳棒加热升温至800～1000℃；
（3）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液倒入到电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min；
（4）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
本发明中，如果根据实际生产需要及对硅纯度要求，可以重复进行电阻炉的介质熔炼。即电阻炉中介质熔炼结束后，将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入渣剂的新电阻炉中进行介质熔炼，重复以上过程0～1次，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
重复进行电阻炉的介质熔炼，优选按照以下步骤进行：
（1）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，控制加热功率使其全部熔化，然后分3～5次加入剩余渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为0.5～3:1，熔炼温度为1600～1800℃，每次加入的熔炼时间为20～30min；
（2）向电阻炉中的碳化硅坩埚加入渣剂，采用硅碳棒加热升温至800～1000℃；
（3）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液倒入到电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min；
（4）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入渣剂的新电阻炉中的碳化硅坩埚内，且新电阻炉加入硅液前已采用硅碳棒加热升温至800～1000℃，碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min，重复本步骤过程0～1次，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
本发明中，步骤（1）中在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，优选控制加热功率200～300KW使其全部熔化。
本发明所用的硅料优选采用冶金级硅，所述的冶金级硅中硅含量为97.0～99.9wt%，杂质硼含量为2～20ppmw。
本发明用于介质熔炼的渣剂为常用渣剂，如硅钙系造渣剂，本发明并不做限制。
在本发明中，将中频感应加热炉和电阻炉结合，用于介质熔炼工艺的连续化生产过程，第一次介质熔炼在中频感应加热炉中进行，以后的介质熔炼过程在电阻炉中进行，与此同时，中频感应加热炉可以再加入新的硅料和渣剂用作第一次介质熔炼工艺，以此实现连续化的全液态流程。由于中频感应加热炉和电阻炉容硅量的大小不同，通常中频感应加热炉是电阻炉大小的2～5倍，所以本发明设备中，一台中频感应加热炉会配套多台电阻炉，用于将硅液平分到电阻炉中。通过上述改进，可以提高热利用率和生产效率，同时降低了对设备及坩埚的要求。
本发明的优点在于：（1）实现连续化生产，提高生产效率20～30%，节省电耗1000～2000度/吨；（2）利用电阻炉代替部分中频炉，减少中频设备数量；（3）电阻炉中用碳化硅坩埚代替石墨坩埚，避免石墨烧损带来的损耗；（4）经过介质熔炼后，B杂质含量小于0.3ppmw，符合介质熔炼工艺要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
（1）选料：待提纯硅块600kg为冶金级硅，所述冶金级硅中硅含量为97.0～99.9wt%，杂质硼含量为2～20ppmw。渣剂选用常用的硅钙系造渣剂。
（2）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入240kg渣剂和硅料，控制加热功率200KW使其全部熔化，然后分3次加入剩余的960kg渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为0.5:1，熔炼温度为1600℃，每次加入的熔炼时间为20min；
（3）向四台电阻炉中的碳化硅坩埚分别加入300kg渣剂，采用硅碳棒加热升温至800℃；
（4）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液平分倒入到四台电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5:1，升高温度至1500℃，熔炼20min；
（5）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入300kg渣剂的新电阻炉中的碳化硅坩埚内，且新电阻炉加入硅液前已采用硅碳棒加热升温至800℃，碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5:1，升高温度至1500℃，熔炼20min，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
（6）经检测，得到的硅块的B杂质含量为0.15ppmw。
实施例2：
（1）选料：待提纯硅块600kg为冶金级硅，所述冶金级硅中硅含量为97.0～99.9wt%，杂质硼含量为2～20ppmw。渣剂选用常用的硅钙系造渣剂。
（2）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入40kg渣剂和硅料，控制加热功率300KW使其全部熔化，然后分3次加入剩余的160kg渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为3:1，熔炼温度为1800℃，每次加入的熔炼时间为30min；
（3）向四台电阻炉中的碳化硅坩埚分别加入50kg渣剂，采用硅碳棒加热升温至1000℃；
（4）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液平分倒入到四台电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比3:1，升高温度至1600℃，熔炼30min；
（5）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入50kg渣剂的新电阻炉中的碳化硅坩埚内，且新电阻炉加入硅液前已采用硅碳棒加热升温至1000℃，碳化硅坩埚内的硅渣质量比3:1，升高温度至1600℃，熔炼30min，重复本步骤过程1次，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
（6）经检测，得到的硅块的B杂质含量为0.2ppmw。
Claims (6)
1.一种多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于按照以下步骤进行：将硅料和渣剂在中频感应加热炉中熔化，从而进行第一次介质熔炼，熔炼结束后，将中频感应加热炉中的上层旧渣倒入耐热铸铁模具中，将硅液倒入到电阻炉中，加入渣剂再次进行介质熔炼，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
2.根据权利要求1所述的多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，控制加热功率使其全部熔化，然后分3～5次加入剩余渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为0.5～3:1，熔炼温度为1600～1800℃，每次加入的熔炼时间为20～30min；
（2）向电阻炉中的碳化硅坩埚加入渣剂，采用硅碳棒加热升温至800～1000℃；
（3）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液倒入到电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min；
（4）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
3.根据权利要求1所述的多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于电阻炉中介质熔炼结束后，将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入渣剂的新电阻炉中进行介质熔炼，重复以上过程0～1次，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
4.根据权利要求2所述的多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，控制加热功率使其全部熔化，然后分3～5次加入剩余渣剂进行熔炼，其中，硅料与全部渣剂的质量比为0.5～3:1，熔炼温度为1600～1800℃，每次加入的熔炼时间为20～30min；
（2）向电阻炉中的碳化硅坩埚加入渣剂，采用硅碳棒加热升温至800～1000℃；
（3）将中频感应加热炉中熔炼结束后的旧渣倒入到耐热铸铁模具中，硅液倒入到电阻炉中的碳化硅坩埚，且碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min；
（4）将电阻炉中熔炼结束后的上层旧渣倒入先前耐热铸铁模具中，硅液倒入已经加入渣剂的新电阻炉中的碳化硅坩埚内，且新电阻炉加入硅液前已采用硅碳棒加热升温至800～1000℃，碳化硅坩埚内的硅渣质量比0.5～3:1，升高温度至1500～1600℃，熔炼20～30min，重复本步骤过程0～1次，最后将电阻炉中的上层旧渣倒入先前的耐热铸铁模具中，硅液倒入另一空置的耐热铸铁模具中冷却凝固即可。
5.根据权利要求2所述的多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于步骤（1）中在中频感应加热炉中的石墨坩埚加入占渣剂总质量20%的渣剂和硅料，控制加热功率200～300KW使其全部熔化。
6.根据权利要求1～6任一所述的多晶硅连续化介质熔炼方法，其特征在于硅料为冶金级硅，所述冶金级硅中硅含量为97.0～99.9wt%，杂质硼含量为2～20ppmw。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310514376.XA CN103553050B (zh) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | 多晶硅连续化介质熔炼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310514376.XA CN103553050B (zh) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | 多晶硅连续化介质熔炼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103553050A true CN103553050A (zh) | 2014-02-05 |
| CN103553050B CN103553050B (zh) | 2016-03-02 |
Family
ID=50007475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310514376.XA Expired - Fee Related CN103553050B (zh) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | 多晶硅连续化介质熔炼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103553050B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104480526A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-01 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 一种高硼硅材料的制备方法 |
| WO2018103712A1 (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | 成都斯力康科技股份有限公司 | 一种利用硅渣进行熔炼生产硅锭的工艺 |
| CN113955759A (zh) * | 2020-11-23 | 2022-01-21 | 宁夏东梦硅业有限公司 | 利用硅泥制备晶体硅的方法及装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2116956A (en) * | 1982-01-18 | 1983-10-05 | Sueddeutsche Kalkstickstoff | Process for purifying silicon |
| JP2009120460A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-06-04 | Sharp Corp | シリコンの精製方法 |
| CN101724900A (zh) * | 2009-11-24 | 2010-06-09 | 厦门大学 | 一种多晶硅提纯装置及提纯方法 |
| CN102145892A (zh) * | 2011-05-06 | 2011-08-10 | 河南煤业化工集团研究院有限责任公司 | 一种除去金属硅中的磷杂质的方法 |
| CN202089780U (zh) * | 2011-01-26 | 2011-12-28 | 山东盛华光伏材料有限公司 | 一种连续造渣除工业硅中硼装置 |
| CN102674366A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-09-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种真空连续熔炼提纯太阳能级硅材料的设备 |
-
2013
- 2013-10-25 CN CN201310514376.XA patent/CN103553050B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2116956A (en) * | 1982-01-18 | 1983-10-05 | Sueddeutsche Kalkstickstoff | Process for purifying silicon |
| JP2009120460A (ja) * | 2007-11-19 | 2009-06-04 | Sharp Corp | シリコンの精製方法 |
| CN101724900A (zh) * | 2009-11-24 | 2010-06-09 | 厦门大学 | 一种多晶硅提纯装置及提纯方法 |
| CN202089780U (zh) * | 2011-01-26 | 2011-12-28 | 山东盛华光伏材料有限公司 | 一种连续造渣除工业硅中硼装置 |
| CN102145892A (zh) * | 2011-05-06 | 2011-08-10 | 河南煤业化工集团研究院有限责任公司 | 一种除去金属硅中的磷杂质的方法 |
| CN102674366A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-09-19 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种真空连续熔炼提纯太阳能级硅材料的设备 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104480526A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-04-01 | 青岛隆盛晶硅科技有限公司 | 一种高硼硅材料的制备方法 |
| WO2018103712A1 (zh) * | 2016-12-09 | 2018-06-14 | 成都斯力康科技股份有限公司 | 一种利用硅渣进行熔炼生产硅锭的工艺 |
| CN113955759A (zh) * | 2020-11-23 | 2022-01-21 | 宁夏东梦硅业有限公司 | 利用硅泥制备晶体硅的方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103553050B (zh) | 2016-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102219221B (zh) | 一种定向凝固造渣精炼提纯多晶硅的方法 | |
| CN103342363B (zh) | 多晶硅介质熔炼时便于硅渣分离的造渣剂及其使用方法 | |
| CN204779921U (zh) | 一种新型多晶硅侧分层加热装置 | |
| CN103387416A (zh) | 一种提高介质熔炼中石墨坩埚使用寿命的方法 | |
| CN103553050B (zh) | 多晶硅连续化介质熔炼方法 | |
| CN101112986B (zh) | 用石油焦作还原剂生产工业硅的方法 | |
| CN101519204A (zh) | 一种太阳能级硅锭切屑提纯利用工艺 | |
| CN103539125B (zh) | 介质熔炼与初步定向凝固衔接提纯多晶硅的方法 | |
| CN103741008B (zh) | 一种铁基纳米晶合金的制备方法 | |
| CN104817087A (zh) | 非石墨坩埚在中频炉上精炼硅的方法 | |
| CN103667856B (zh) | 一种回收废带冶炼铁基纳米晶母合金的方法 | |
| CN101332993B (zh) | 高温分离法生产高纯度硅的方法 | |
| CN103072993B (zh) | 一种多晶硅除硼的方法 | |
| CN103553049B (zh) | 应用于多晶硅提纯的介质熔炼衔接初步定向凝固工艺 | |
| CN203568855U (zh) | 介质熔炼与初步定向凝固衔接提纯多晶硅的装置 | |
| CN101905886B (zh) | 一种电子束梯度熔炼提纯多晶硅的方法 | |
| CN104276572B (zh) | 多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法 | |
| CN101634524B (zh) | 电炉水冷铸钢炉盖的铸造方法 | |
| CN114835125A (zh) | 一种感应熔炼高硅废料制备高纯硅/硅合金的方法及一种感应熔炼炉 | |
| CN103708465B (zh) | 一种利用混渣的介质熔炼工艺 | |
| CN103420599A (zh) | 一种多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂及其使用方法 | |
| CN103073000B (zh) | 一种等离子辅助造渣除硼的方法 | |
| CN103420378B (zh) | 一种多晶硅介质熔炼用造渣剂及其使用方法 | |
| CN103420377B (zh) | 多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂及其使用方法 | |
| CN102862986A (zh) | 冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171110 Address after: 1 road 266000 in Shandong province Qingdao city Laoshan District No. 1 Keyuan latitude B block 7 layer B4-2 Patentee after: Qingdao Changsheng Dongfang Industry Group Co., Ltd. Address before: Pudong solar energy industry base in Jimo city of Shandong Province, Qingdao City, 266234 Patentee before: Qingdao Longsheng Crystalline Silicon Science & Technology Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171221 Address after: Miao road Laoshan District 266061 Shandong city of Qingdao Province, No. 52 906 Patentee after: Qingdao Changsheng Electric Design Institute Co. Ltd. Address before: 1 road 266000 in Shandong province Qingdao city Laoshan District No. 1 Keyuan latitude B block 7 layer B4-2 Patentee before: Qingdao Changsheng Dongfang Industry Group Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160302 Termination date: 20191025 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |