CN1299983C - 光电级硅的制造方法 - Google Patents
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Abstract
涉及硅的纯化，尤其是一种采用定向凝固的光电级硅的纯化工艺。其步骤为：在真空负压室中，用中频感应炉升温≥1850℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳及其它杂质；采用惰性气体保护在硅熔液中通入水蒸汽和氢气，搅拌精炼，使其它元素高温汽化后倒入凝固器；在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。采用了真空负压、高温熔融、惰性气体保护、在硅熔液中通入水蒸汽和氢气以及从下往上定向凝固的特殊工艺方法，省去了制取电子工业等级硅的复杂程序，制得适于制造太阳能电池用硅，大幅度地减少了制造成本。
Description
(1)技术领域
本发明涉及硅的纯化，尤其是一种采用定向凝固的光电级硅的纯化工艺。
(2)背景技术
制备太阳能电池需要高纯度的硅，一般要求达到5N～7N(即5～7个9的程度)。1987年J.Die.l(Silicon Precessing for Photovoltaics II，Elsevier Sci，Pull.B.V.，1987.285)综述了有关硅精制的研究结果，另外，1988年，他还在《第8届欧洲共同体光电太阳能会议论文集》(Proc.sth EC Photovoltaic Solar Energy Conf.，Florence，1988.599)中提出了一种太阳能电池级硅的制备工艺；其步骤为1)经电炉内碳还原的金属硅与硅酸钙熔液混合，使硅中的硼向硅酸钙熔液中迁移，进行脱硼处理；2)处理后的混合熔液静置，使硅酸钙熔渣与硅分层(前者比重大)，硅浇铸至铸模；3)对硅块进行破碎、酸洗，溶析硅块中的铁、钙等杂质；4)对所得的粉末状精炼硅经熔融、真空处理脱磷，再浇铸得太阳能电池级硅块。其明显缺点是生产效率低。CN1005625B号专利公开了一种定向凝固生长太阳能电池用的多晶硅锭工艺，以石墨块组合成模具，用去离子水等作调料，将经处理的氮化硅粉料调成糊状，作脱模剂，用氩气和氮气为气氛，熔化时模具悬挂，凝固时模具支撑在水冷却的下转轴上，在下降模具的同时增大冷却水流速，熔硅从模具底开始定向凝固。CN1083396C号专利提供一种高纯度硅的制造方法，其步骤为：(a)把粗制硅与硅酸钙在1544℃以下的温度下熔融混合，使硅中的硼迁移到熔渣中；(b)在惰性气体氮气中静置工序(a)所得的混合液，使下层的熔渣层与上层的熔融硅层分离，然后把温度设定到1410℃～1544℃之间，使熔渣凝固的同时把硅保持在熔融状态；(c)在惰性气体氮气下，把冷却体2浸渍到工序(b)所得的熔融硅中，使高纯化的硅在冷却体外表结晶析出粘附，然后从熔融硅中拉制该冷却体2并把结晶的高纯度硅块S从冷却体2拆下；(d)再熔融工序(c)所得的高纯度硅，然后真空处理熔融硅从而蒸发脱除高纯度硅中的磷。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简化，成本低，纯度可达5N～7N，适于制造太阳能电池用硅的光电级硅的制造方法。
光电级硅的制造方法为：
1、在真空负压室中，用中频感应炉升温≥1850℃，把原料化学级硅熔融；
2、采用惰性气体保护在硅熔液中通入1∶(1.1～1.5)氢气和水蒸汽，搅拌精炼≥2小时，使其它元素高温汽化后倒入凝固器，除去铝、硼、磷、硫、碳；
3、在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；
4、慢速降温至常温，得纯度为5N～7N的光电级硅。
所说的原料化学级硅熔融温度最好≥1900℃。
所说的惰性气体取自氮气或氩气。
采用惰性气体保护在硅熔液中最好通入1∶(1.3～1.5)氢气和水蒸汽。
本发明分别采用了真空负压、高温熔融、惰性气体保护、在硅熔液中通入水蒸汽和氢气以及从下往上定向凝固的特殊工艺方法，省去了制取电子工业等级硅的复杂程序，制得适于制造太阳能电池用硅，纯度可达5N～7N，大幅度地减少了制造成本。
(4)具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步的说明：
实施例1：
在真空负压室中，用中频感应炉升温1850℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳等；在氮气保护下，在硅熔液中通入1∶1.4的水蒸汽和氢气，通入汽体量可为16Kg/min，搅拌精炼4小时，使其它元素高温汽化后倒入凝固器；在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。在凝固器底部采用水套，控制水的流速，达到慢速降温的目的，以控制其凝固的速度。
实施例2：
在真空负压室中，用中频感应炉升温1900℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳等；在氩气保护下，在硅熔液中通入1∶1.5的水蒸汽和氢气，搅拌精炼3小时，使其它元素高温汽化后倒入凝固器；在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。
实施例3：
在真空负压室中，用中频感应炉升温1930℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳等；在氮气保护下，在硅熔液中通入1∶1.1的水蒸汽和氢气，搅拌精炼3.5小时，使其它元素高温汽化后倒入凝固器；在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。
实施例4：
在真空负压室中，用中频感应炉升温1950℃，把原料化学级硅熔融，除去铝、硼、磷、硫、碳等；在氩气保护下，在硅熔液中通入1∶1.3的水蒸汽和氢气，搅拌精炼2小时，使其它元素高温汽化后倒入凝固器：在真空负压室进行从下往上的定向凝固，除去铁及其它重金属；慢速降温至常温，得光电级硅。
上述实施例在不同温度下所得的硅用光谱分析仪测定其杂质含量如下表所示。
Claims (4)
1、光电级硅的制造方法，其特征在于其步骤为：
1)、在真空负压室中，用中频感应炉升温≥1850℃，把原料化学级硅熔融；
2)、采用惰性气体保护在硅熔液中通入1∶(1.1～1.5)氢气和水蒸汽，搅拌精炼≥2小时，高温汽化后倒入凝固器；
3)、在真空负压室进行从下往上的定向凝固；
4)、降温至常温，得光电级硅。
2、如权利要求1所述的光电级硅的制造方法，其特征在于所说的原料化学级硅熔融温度≥1900℃。
3、如权利要求1所述的光电级硅的制造方法，其特征在于所说的惰性气体取自氮气或氩气。
4、如权利要求1所述的光电级硅的制造方法，其特征在于采用惰性气体保护在硅熔液中通入1∶(1.3～1.5)氢气和水蒸汽。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: FUJIAN CHAOYANG SILICON MATERIALS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: GONG BINGSHENG Effective date: 20111121 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111121 Address after: 364211 Nanyang Industrial Zone, Nanyang Town, Shanghang County, Longyan, Fujian Patentee after: Fujian Xing the Zhaoyang Silicon Materials Co., Ltd. Address before: 364211 No. 75 Yanhe Road, Nanyang Town, Shanghang County, Fujian, Longyan Patentee before: Gong Bingsheng |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070214 Termination date: 20150722 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |