TWI488807B - 添加鹼金屬鎂鹵化物至溶劑金屬 - Google Patents

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Paul A Mancini
Alain Turenne
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Silicor Materials Inc
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B33/02—Silicon
    • C01B33/037—Purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

Description

添加鹼金屬鎂鹵化物至溶劑金屬
本發明是有關於一種純化矽之方法，特別是有關於一種添加鹼金屬鎂鹵化物至溶劑金屬之純化矽之方法。
太陽能電池目前藉由使用其將陽光轉換為電能的能力，而用來作為一種能量來源。幾乎只有矽使用作為此種光伏打電池中的半導體材料。目前在使用太陽能電池的一個顯著的限制為必須將矽純化成太陽能級矽(solar grade)的成本。鑑於目前的能源需求及供應的限制，對於以更具成本效益的方式來純化冶金級矽(metallurgical grade,MG)(或任何其他具有比太陽能級多雜質的矽)成為太陽能級矽，有龐大的需求。
本發明提供一種方法包含：(a)由溶劑金屬、矽、及鹼金屬鎂鹵化物形成熔融液體；(b)冷卻熔融液體以提供矽晶體及母液；以及(c)將矽晶體由母液中分離出來。
本發明之特定的實施例之方法為純化矽(例如，提供純化的矽之方法)。本發明之另外的特定實施例之方法為從磷純化矽。本發明之另外的特定實施例之方法為從硼純化矽。本發明之另外的特 定實施例之方法為提供包含小於約4百萬分之一重(ppmw)的磷之純化的矽。本發明之另外的特定實施例之方法為提供包含小於約5百萬分之一重(ppmw)的硼之純化的矽。本發明之另外的特定實施例之方法為提供為薄片或晶體形式，具有平均直徑值至少約0.5公分之純化的矽。
100、200‧‧‧用於純化矽的方法
101‧‧‧加鹼金屬鎂鹵化物
201‧‧‧鹼金屬鎂鹵化物
103、203‧‧‧溶劑金屬
105、205‧‧‧加熱
107‧‧‧第一熔融液體
207‧‧‧熔融液體
109、209‧‧‧矽
111‧‧‧第二熔融液體
113、213‧‧‧冷卻
115、215‧‧‧矽晶體+母液
117、217‧‧‧分離
119、219‧‧‧母液
121、221‧‧‧矽晶體
第1圖係為用於純化矽的方法之方塊流程圖。
第2圖係為用於純化矽的方法之方塊流程圖。
下面的詳細說明包括參考形成詳細說明的一部分之附圖。藉由圖解的方式，圖顯示出本發明可實施的具體的實施例。於本文亦稱為「範例」之這些實施例，被充分詳細描述以使所屬技術領域中具有技術者能夠實施本發明。實施例可被合併，亦可利用其它實施例，或結構且可進行邏輯上之改變而不脫離本發明的範圍。因此，下面的詳細說明不採取限制之意義，且本發明的範圍藉由所附的申請專利範圍及其均等所定義。
在本文中，除非另有指明，否則用詞「一(a)」或「一(an)」用於包括一個或多於一個，且用詞「或(or)」用來指涉非排他性的「或(or)」。此外，應當理解的是，本文使用的且不另外定義之語法或詞語，其目的僅用於說明而不是限制。此外，在本文中提及的所有出版物、專利及專利文獻，它們的全部內容係於此併入以作為參考，如同個別地納入參考。如果在本文件與併入參考的那些文件之間有不一致的用法，其併入參考的用法應被視為本文的補充，至於不可調和的矛盾，則以本文中的用法為主。
本文所描述的製造方法中，除非明確地敘述時間或操作順序，否則步驟可以任何順序進行而不脫離本發明原理。在申請專利範圍中描述，進行第一個步驟，接著一些其他的步驟隨後進行，的效果是，應理解為第一個步驟在任何其他步驟前進行，但其他步驟可以任何適當的順序進行，除非順序被進一步詳述在其他步驟中。舉例來說，描述「步驟A、步驟B、步驟C、步驟D及步驟E」之申請專利範圍組成應被理解為步驟A首先進行，步驟E最後進行，且步驟B、C及D可在步驟A和E之間以任何順序進行，且其順序仍落入所要求保護的過程之字面範圍。一個給定的步驟或步驟的子集亦可重複。
此外，除非申請專利範圍的語言中明確地詳述其分開進行，否則指定的步驟可以同時進行。舉例來說，做X的要求保護的步驟，以及做Y的要求保護的步驟，可在單次操作中同時實施，並且產生的過程將落入所要求保護的過程之字面範圍中。
定義
如本文所用，「鹼金屬鎂鹵化物(alkali magnesium halide)」是指以MgX2及YX為基礎的二元鹽，其中X是鹵素(例如，每個X獨立地為氯或溴)而Y為鹼金屬(如鉀或鈉)。舉例來說，鹼金屬鎂鹵化物可表示以MgCl2及KCl或NaCl為基礎的二元鹽。鹼金屬鎂鹵化物是一種化學組合物，其包含YMgX3(例如，KMgCl3或MgNaCl3)、Y2MgX4(例如，K2MgCl4或Na2MgCl4)、以及Y3Mg2X7(例如，K3Mg2Cl7)其中至少之一；其中X為鹵素(例如，每個X獨立地為氯或溴)，以及Y為鹼金屬(例如，每個Y獨立地為鉀或鈉)。具體而言，鹼金屬鎂鹵化物可包含一個鉀鎂氯化物。
如本文所用，「鉀鎂氯化物(potassium magnesium chloride)」是指一種MgCl2及KCl的二元鹽。鉀鎂氯化物是一種化學組合物，其包含KMgCl3、K2MgCl4、以及K3Mg2Cl7其中至少之一。鉀鎂氯化物為市售可得的，例如，來自瑞科®(Pyrotek®)(斯波坎(Spokane)，華盛頓)的PROMAG(合成的無水光鹵石)。鉀鎂氯化物可為水合的或無水的。鉀鎂氯化物可為合成的或天然存在的。此外，鉀鎂氯化物可為細顆粒，或粒狀的形式(0.03-0.12英吋，或0.8-3.15公厘)。
如本文所用，「光鹵石(carnallite)」是指一種蒸發鹵化物礦物，水合的鹼金屬鎂鹵化物具有化學式：KMgCl3．6(H2O)。合成的光鹵石晶體標本可藉由1.5莫耳的KCl百分比及9.8莫耳的MgCl2．6(H2O)，並藉由在25℃下緩慢結晶而再生。
如本文所用，「純化(purifying)」是指將一或多個外來或汙染物質與欲求的物質之物理分離。與此相反，「雜質」或「雜質」係指不想要之一或多個外來或污染物質。
如本文所用，「熔融(molten)」或「熔融液體(molten liquid)」是指熔合在一起之一或多種物質。
如本文所用，「熔化(melting)」是指加熱一或多種固態物質至使其轉變成液體的點(稱為熔點)或高於此點之過程。因此，「熔化」是指當物質曝露在足夠的熱量時從固態轉變成液體。
如本文所用，「反應產物(reaction product)」是指由兩或多種物質的化學反應形成的化合物。例如，熔融液體(來自最初的矽源)中的雜質可與鹼金屬鎂鹵化物(alkali magnesium halide)中 的一或多種物質反應，以形成反應產物。
如本文所用，「固化(solidifying)」是指冷卻一或多種液體物質(例如，熔融液體)低於其轉變成固體的點(稱為熔點)之過程。因此，「固化」是指當物質因冷卻而從液體轉變成固體。
如本文所用，「除去(remo ving)」是指從另一種物質分離出一種物質(例如，從混合物中除去固體或液體)，或從物質的另一部分分離出一部分(例如，從固體的另一部分離出固體之一部分)之過程。過程可採用所屬技術領域中具有技術者任何已知的技術，例如，傾析(decanting)混合物、從混合物中撇去(skimming)一或多種液體、離心分離(centrifuging)混合物、從混合物中過濾(filtering)出固體、切割固體以除去其一部分，或其組合。
如本文所用，「溶劑金屬(solvent metal)」是指一或多種金屬，或其合金，其經由加熱可有效地溶解矽，變成一種熔融液體。適合之溶劑金屬之範例包含，例如鋁、銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鎘、鎵、銦、鎂、鉛、其合金及其組合。
如本文所用，「合金(alloy)」是指兩或多種元素的均相混合物，其中至少有一個是金屬，且其中所得到的材料具有金屬的性質。所得到的金屬物質通常具有與其組成不同的性質(有時候是顯著的差異)。
如本文所用，「鋁」是指具有符號Al及原子序13的化學元素。該名詞包含金屬鋁或鋁元素(Al0)，或其合金。本文中鋁通常被用作為溶劑金屬。
如本文所用，「硼」是指具有符號B及原子序5的化學元素。該名 詞包含含有硼的化合物(即含硼化合物，其中包括B3+、B2+或B+)，以及其組合。
如本文所用，「磷」是指具有符號P及原子序15的化學元素。該名詞包含含有磷的化合物(即含磷化合物，其中包括P5+、P4+、P3+、P2+、P+、P-1、P2-、P-)，以及其組合。
如本文所用，「矽」是指具有符號Si及原子序14的化學元素。該名詞包含金屬矽或元素矽(Si0)，或其合金。
如本文所用，「冶金級矽(metallurgical grade silicon)」或「冶金級矽(MG silicon)」是指相對純(例如，至少約96.0重量%)的矽。
如本文所用，「來源矽(source silicon)」是指用於本文所敘述的過程中的矽。來源矽被純化(例如，至少部分純化)，以提供純化的矽晶體。
如本文所用，精練冶金級矽(upgraded metallurgical grade silicon)」或「精練冶金級矽(UMG silicon)」是指相對中級純(例如，至少約98.0重量%)的矽。
如本文所用，「太陽能級矽(solar grade silicon)」或「太陽能級矽(SOG silicon)」是指相對高級純(例如，至少約99.9999重量%)的矽。
如本文所用，「結晶(crystalline)」包含固體中原子之規則的、幾何的排列。因此，「矽晶體(silicon crystals)」是指具有矽原子在固態下規則的、幾何排列的矽。
如本文所用，「接觸(contacting)」是指觸摸、使接觸、或導致物質成緊靠的行為。
如本文所用，「傾析(decanting)」或「傾析(decantation)」包含倒出流體，留下沉積物或沉澱物，從而將流體從沉積物或沉澱物中分離出來。
如本文所用，「過濾(filtering)」或「過濾(filtration)」是指藉由將進料流(feed stream)通過如陶瓷或金屬膜之多孔片，其保留固體，並允許液體流過以從液體中分離出固體的一種機械方法。這可藉由重力、壓力或真空(抽吸)來完成。過濾有效地從液體中分離出沉積物及/或沉澱物。
如本文所用，「母液(mother liquor)」是指在結晶及/或清洗後仍殘留的溶液的一部分。在結晶中，利用大多數固體的溶解度在較高的溫度下會比較高的事實，將固體(通常是不純的)在高溫下溶解在溶劑中。當溶液冷卻後，在該溶劑中的溶質的溶解度會逐漸變小。將得到的溶液稱之為過飽和，這意味著在該溫度下，有比預測的溶解度更多的溶質溶解在該溶液中。接著可自這種過飽和溶液誘導結晶，接著將所得的純結晶藉由真空過濾法及離心分離器除去。一旦晶體都被過濾掉，剩下的溶液即為習知之母液，並且將包含原本溶質的一部分(在該溫度下所預測的溶解度)，以及任何沒有被過濾掉的雜質。可接著從母液獲得晶體的第二次和第三次產物。
如本文所用，「共晶(eutectic)」是指產生盡可能低的完全熔化熔點之合金或其它混合物中成分的比例。在所有其他的比例中 ，混合物將不具有相同不變的熔點，一些混合物將保留固體及一些液體。在共晶時，固相溫度及液相溫度是相同的。
在上圖中，物質X由A及B(約80%的A及20%的B)兩成分組成。液相線以上(第一固體開始形成時的溫度)這兩種成分皆為液體。當溫度下降至液相線，成分A開始固化，且剩餘的液體在成分A中變得不那麼豐富，而在成分B中變得更豐富。當溫度已下降到與共晶溫度相同的固相線，固體B也開始形成。固相線以下，整個混合物為固體。組合物Y(由約80%的B及20%的A組成)之液體以類似的方式冷卻，但固體B會先形成。通常情況下，共晶比例的混合物總是完全固態或完全液態。參見美國傳統®科學詞典，2010年霍頓米夫林哈科特出版公司(Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company)。霍頓米夫林哈科特出版公司出版。
如本文所用，「液相線(liquidus)」是指相圖上高於此線，給定的物質會穩定在液相中的一條線。最常見的是，這條線表示一個 轉變溫度。液相線根據物質可以是一條直線，也可以是彎曲的。液相線最常應用於二元系統，像是包括金屬合金的固體溶體。液相線可與固相線對比。液相線及固相線不需要對齊或重疊。如果在液相線和固相線之間存在間隙，則在該間隙內，物質無論是作為液體或固體都不穩定。
如本文所用，「固相線(solidus)」是指相圖上低於此線，給定的物質會穩定在固相中的一條線。最常見的是，這條線表示一個轉變溫度。固相線根據物質可以是一條直線，也可以是彎曲的。固相線最常應用於二元系統，像是包括金屬合金的固體溶體。固相線可與液相線對比。固相線及液相線不需要對齊或重疊。如果在固相線和液相線之間存在間隙，則在該間隙內，物質無論是單獨作為固體或液體都不穩定。
如本文所用，「批量(batch)」是指一種非連續的生產或使用，於單一操作中製造或使用的一些東西。
如本文所用，「連續(continuous)」是指非批量的生產或使用，不間斷的製造或使用。連續的過程不必是無限連續的，但當包含該過程的方法在操作時，應是實質上連續的。
顆粒尺寸是引入用於比較固體顆粒的尺寸的概念。球形物體之顆粒尺寸，可以毫不含糊地及定量地藉由其直徑而定義。然而，通常材料物體很可能是不規則的形狀及非球面。有幾種用於測量顆粒尺寸的方法。其中有些是基於光，其他是基於超音波、或電場、或重力、或離心。
如本文所用，「平均直徑值(average mean diameter)」是顆例 尺寸的平均，且是指一組粒子的直徑的平均值。
如本文所用，「就地(in situ)」是指在混合物中，或在反應混合物中。
可以理解的是，在所屬技術領域中具有技術者瞭解，物質的混合物通常藉由對於製造該混合物是有用的那些起始材料或中間成分(例如，溶劑金屬、鹼金屬鎂鹵化物、及矽)而描繪。雖然這些材料可經過實質上轉換，描述此些混合物係包含這些材料或物質，對所屬技術領域中具有技術者是可接受的及適當的。舉例來說，熔融液體可由鋁及鹼金屬鎂鹵化物而形成。在引入這些物質之後，這些物質中的任何一或多個(或位於其中的雜質)可經歷化學及/或物理的轉換，使得它們可能不再明確地和字面上符合被歸類為鋁及鹼金屬鎂鹵化物的標準。然而，描述該混合物包含鋁及鹼金屬鎂鹵化物對所屬技術領域中具有技術者是可接受的及適當的。這樣的話，即使相信將熔融液體與鋁接觸(或形成)時，鹼金屬鎂鹵化物會分解或與來自鋁之雜質反應。然而，描述熔融液體包括鋁及鹼金屬鎂鹵化物是適當的。
參閱第1圖，根據一些實施例，顯示用於純化矽100的方法之方塊流程圖之例子。第一熔融液體107藉由加熱105溶劑金屬103及矽109而形成。第二熔融液體111藉由使鹼金屬鎂鹵化物101接觸(例如，添加)至第一熔融液體107中而形成。第二熔融液體111冷卻113以提供矽晶體及母液115。分離117矽晶體及母液115以提供矽晶體121及母液119。
參閱第2圖，根據一些實施例，顯示用於純化矽200的方法之方塊 流程圖之範例。熔融液體207藉由加熱205溶劑金屬203、鹼金屬鎂鹵化物201及矽209而形成。熔融液體207冷卻213以提供矽晶體及母液215。可分離217矽晶體及母液215以提供矽晶體221及母液219。
不受任何特定理論拘束，相信鹼金屬鎂鹵化物(101或201)經由接觸第一熔融液體107(或熔融液體207)，將與其中的雜質反應並且除去其中的雜質。這些雜質(例如鈉、鋰、鈣、硼及/或磷)可為來自來源矽(109或209)及/或溶劑金屬(103或203)。在特定的實施例中，鹼金屬鎂鹵化物(101或201)可注入至熔融液體的底端部分，並允許其漂浮或上升至第一熔融液體107(或熔融液體207)的頂面。當鹼金屬鎂鹵化物(101或201)漂浮或上升至第一熔融液體107(或熔融液體207)的頂面時，鹼金屬鎂鹵化物(101或201)能與位於其中的雜質反應，並除去位於其中的雜質。
進行處理的矽可從一些來源中獲得。舉例來說，矽可為來自製造的太陽能電池板、半導體晶圓或成形錠(shaping ingots)的廢料矽或廢棄矽。矽通常是淤漿(slurry)的一部分。該淤漿可包含水、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)、碳化矽、鐵、鋁、鈣、銅及其他污染物。矽可從淤漿中移除(例如，分離)，並乾燥以除去過量的水。粉末可藉由離心分離、沉澱或其它步驟從淤漿中分離。加水至淤漿中可降低比重，以幫助增進沉澱或離心分離。矽可經歷進一步地處理以去除污染物，例如像是藉由經歷酸處理。舉例來說，鹽酸可用於溶解掉矽粉末表面的金屬，像是鐵。氫氟酸、鹽酸、硝酸或其組合可被用來溶解掉粉末表面的二氧化矽，或溶解粉末的表面。另外，氫氧化鉀、氫氧化鈉或其組合可用 於溶解的粉末的表面。粉末亦可以磁分離過程處理，以除去鐵及其他磁性元素。
具體來說，矽可包含精練冶金級矽(upgraded metallurgical grade,UMG)，或冶金級矽(metallurgical grade,MG)。另外，矽等級或品質可低於冶金級矽。採用較不純的矽(例如，等級或品質低於冶金級矽(MG)的矽)能提供成本節省，以及允許使用不合適或不實用的矽。
第一熔融液體107可以如下形成：藉由(i)充分加熱105溶劑金屬103以形成第一熔融液體107，隨後添加矽109(未顯示於第1圖中)，(ii)充分加熱105溶劑金屬103及矽109的混合物以形成第一熔融液體107(第1圖)，或是(iii)充分加熱105矽109以形成第一熔融液體107，隨後添加溶劑金屬103(未顯示於第1圖中)。無論哪種方式，包含溶劑金屬103及矽109的第一熔融液體107可被形成。因此，溶劑金屬103與矽109可以存在，且可一起加熱105以形成第一熔融液體107(第1圖)。或者，(未顯示於第1圖中)，溶劑金屬103可被充分加熱105以形成第一熔融液體107，且隨後矽109可加至第一熔融液體107中。
鹼金屬鎂鹵化物可以添加101到第一熔融液體107中，以形成第二熔融液體111。或者，(未顯示於第1圖中)，第一熔融液體107可加至鹼金屬鎂鹵化物中，以形成第二熔融液體111。無論哪種方式，鹼金屬鎂鹵化物與第一熔融液體107彼此接觸以提供第二熔融液體111。
選擇性地，熔融液體207可從加熱205溶劑金屬203、矽209、及鹼 金屬鎂鹵化物201而形成(第2圖)。具體而言，溶劑金屬203、矽209及鹼金屬鎂鹵化物201可彼此接觸(例如，混合)，並可一起加熱205以形成熔融液體207。
第一熔融液體107、第二次熔融液111及/或熔融液體207可例如藉由使用旋轉脫氣器(rotary degasser)、熔融金屬泵(molten metal pump)，旋轉爐(rotary furnace)或感應電流供給到一個漩渦內而形成。材料(如溶劑金屬203、鹼金屬鎂鹵化物201、矽209、矽109、溶劑金屬103及鹼金屬鎂鹵化物101)可實質上乾燥，並持續地供給進漩渦中，從而限制了其與氧氣接觸。材料可例如藉由設置高剪切力的混合設置器而被剪切成單獨的顆粒。熔化可能會發生在熔融浴中之浸沒下。舉例來說，熔融浴可低於液相溫度(liquidus temperature)且高於固相溫度(solidus temperature)，因此更容易在粉末上剪切，以及因為熔融浴的黏度增加而更容易保持粉末沉浸在熔融浴中。爐耐火材料可為低污染物，如由在材料中具有少量至無的磷或硼。熔融的二氧化矽(silica)可為一個可接受的耐火材料的一個例子。相仿地，如果使用旋轉脫氣器或熔融金屬泵，其亦可被製造成具有少量的磷或硼，以最小化污染。
材料可藉由利用熔融湍流(turbulence)以維持浸沒。溫度保持在固相溫度以上的混合條件下可能會發生熔化。
加熱105或205可以合適的方式來執行，以達到將有效地形成第一熔融液體107、第二熔融液體111及/或熔融液體207之溫度。舉例來說，第一熔融液體107、第二熔融液體111及/或熔融液體207可在高於固相溫度的溫度下形成。具體而言，第一熔融液體107、 第二熔融液體111及/或熔融液體207可在至少約1450℃的溫度下形成。
任何合適的量(或比率)的溶劑金屬、鹼金屬鎂鹵化物及矽皆可被採用，形成提供的第一熔融液體107、第二熔融液111及/或熔融液體207，且所需的雜質以所需的量從矽及/或鋁中除去。
第二熔融液體111可冷卻113以形成矽晶體及母液115。同樣地，熔融液體207可冷卻213形成矽晶體和母液215。冷卻113(或213)可以任何合適的方式進行，得到提供的矽晶體及母液115(或215)。舉例來說，冷卻113(或213)可在約室溫下(約20℃)進行一段較長的時間。此外，冷卻113(或213)可以合適的速率進行，例如，高達約150℃/小時。
第二熔融液體111(或熔融液體207)可在任何合適及適當的時期內冷卻113(或213)，在母液中115(或215)得到提供的矽晶體。舉例來說，第二熔融液體111(或熔融液體207)可在一段至少約2個小時的時間期間冷卻113(或213)。
經由冷卻113(或213)，矽晶體及母液115(或215)可被分離117(或217)，以提供分離的矽晶體121(或221)及母液119(或219)。分離117(或217)可利用任何合適的技術，像是例如，傾析(例如，從矽晶體澆注母液)，及/或過濾來進行。
如上所述，第二熔融液體111可冷卻113以形成矽晶體及母液115，而熔融液體207可冷卻213以形成矽晶體及母液215。在一實施例中，冷卻113(或213)可在沒有任何顯著的或可察覺的第二熔融液體111(或熔融液體207)的攪拌下發生。或者，第二熔融液體 111(或熔融液體207)可於攪拌第二熔融液體111(或熔融液體207)時冷卻113(或213)。
不受任何特定理論的拘束，相信在冷卻113(或213)的過程中，攪拌可提供相對較高純度的相對較小矽晶體，其可能難以濾出。在特定的實施例中，少量的混合可提供至少約1公厘(厚度)、約5公厘(寬度)、約5公厘(長度)的矽晶體。
另外，第二熔融液體111(或熔融液體207)可冷卻113(或213)至任何合適及適當的溫度(如在液相溫度及固相溫度之間)，提供的矽晶體在母液115(或215)中得到。舉例來說，第二熔融液體111(或熔融液體207)可冷卻113(或213)至約585~1400ºC的溫度。
矽晶體及母液115(或215)可分離117(或217)，以提供分離的矽晶體121(或221)及母液119(或219)。分離117(或217)可以任何合適及適當的方式進行。舉例來說，分離117(或217)可藉由從矽晶體倒出母液而進行。選擇性地，分離117(或217)可藉由從母液濾出及/或過濾矽晶體來進行。選擇性地，分離可使用離心分離來進行。
在一特定的實施例中，得到之矽晶體121(或221)可在之後的純化中作為矽109(或209)使用或再利用。此種再利用(re-use)可進行多次(例如，2、3、4或5)，以提供具有所需的純度程度之矽晶體121(或221)。因此，用於純化矽100(或200)的方法以提供矽晶體121(或221)可進行一次。在可替代的實施例中，用於純化矽100(或200)的方法以提供矽晶體121(或221)可進行兩或更多(例如，2、3、4或5)次。
用於純化矽100(或200)的方法提供了與矽109(或209)相比，相對地純淨之矽晶體121(或221)。這些矽晶體121(或221)可以有或無後續的純化地利用於例如，隨後可用於太陽能電池板的製造之太陽能電池的製造。用於純化矽100(或200)的方法提供了從硼純化之矽晶體121(或221)，使至少一些硼從起始矽109(或209)中去除。舉例來說，矽晶體121(或221)可包含小於約4百萬分之一重(ppmw)的硼。此外，存在於起始矽109(或209)中高達約85重量%的硼可被去除以提供矽晶體121(或221)。矽晶體121(或221)也可包含少於約5百萬分之一重(ppmw)的磷。此外，存在於起始矽109(或209)中高達約85重量%的磷可被去除以提供矽晶體121(或221)。硼及/或磷以外的其他物質可從矽100(或200)去除，以提供矽晶體121(或221)。因此所得之矽晶體121(或221)將相對地純淨。舉例來說，矽晶體121(或221)可包含至少約98重量%的純的矽。
下面提供的特定的範圍、值以及實施例僅用於說明目的，並不在其他方面限制如由申請專利範圍定義所揭露的主題之範疇。下面敘述的特定的範圍、值以及實施例，包括每一個揭露的範圍、值以及實施例的所有組合及次組合，不論是否如此明確地描述。
特定的範圍、值、以及實施例
本文描述的方法可增加矽的純度，相對於一或多種物質(例如，雜質)。在特定的實施例，矽至少部分地自磷純化(即純化的矽晶體包含比來源矽更少的磷)。在另外的特定實施例中，矽至少由硼部分純化而得(即純化的矽晶體包含比來源矽更少的硼)。在另外的特定實施例，矽至少部分地自鋁純化(即純化的矽晶體包含 比來源矽更少的鋁)。
在特定的實施例，純化的矽晶體包含少於約5百萬分之一重(ppmw)的磷。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約4百萬分之一重(ppmw)的磷。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約3百萬分之一重(ppmw)的磷。
在特定的實施例，純化的矽晶體包含少於約6百萬分之一重(ppmw)的硼。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約5百萬分之一重(ppmw)的硼。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約5百萬分之一重(ppmw)的硼。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約4百萬分之一重(ppmw)的硼。
在特定的實施例，純化的矽晶體包含少於約5000百萬分之一重(ppmw)的鋁。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約3000百萬分之一重(ppmw)的鋁。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約1500百萬分之一重(ppmw)的鋁。在另外的特定實施例，純化的矽晶體包含少於約1000百萬分之一重(ppmw)的鋁。
本文描述的方法可提供用於具有合適大小之純化的矽晶體。在特定的實施例，純化的矽晶體具有至少約0.25公分的平均直徑值。在另外的特定實施例，純化的矽晶體具有至少約0.5公分的平均直徑值。在另外的特定實施例，純化的矽晶體具有至少約0.75公分的平均直徑值。在另外的特定實施例，純化的矽晶體具有至少約0.25公分至約0.75公分的平均直徑值。
本文描述的方法可採用合適純度(或不純)程度的矽。在特定的實 施例，來源矽包含精練冶金級矽(upgraded metallurgical grade,UMG)。在另外的特定實施例，來源矽包含冶金級矽(metallurgical grade,MG)。在另外的特定實施例，來源矽包含等級或品質低於冶金級矽的矽。
在特定的實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約99重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約98重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約97.5重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約97重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約96.5重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約96重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約95.5重量%的純度。在另外的特定實施例，來源矽(例如，形成熔融液體的矽)具有少於約95重量%的純度。
在特定的實施例，來源矽包含具有磷的程度高達約90百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有磷的程度高達約60百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有磷的程度高達約40百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。
在特定的實施例，來源矽包含具有磷的程度至少約10百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有磷的程度至少約20百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有磷的程度至少40百萬分之一重 (ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有磷的程度至少約60百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。
在特定的實施例，來源矽包含具有硼的程度高達約25百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有硼的程度高達約15百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有硼的程度高達約10百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。
在特定的實施例，來源矽包含具有硼的程度至少約3百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有硼的程度至少約7百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有硼的程度至少約10百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。在另外的特定實施例，來源矽包含具有硼的程度至少約15百萬分之一重(ppmw)的冶金級矽。
在特定的實施例，鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔至少約0.05重量%。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔至少約0.10重量%。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔約0.10重量%至約2.5重量%。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔高達約5重量%。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔高達約2.5重量%。
在特定的實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含合成的光鹵石。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含天然地存在(例如，自然的)的光鹵石。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含無水光鹵石。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含水合光鹵石。在另 外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含氯化鉀鎂(potassium magnesium chloride)。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4、K3Mg2Cl7、Na2MgCl4及MgNaCl3其中至少一個。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4及K3Mg2Cl7其中至少一個。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4及K3Mg2Cl7的組合。
在特定的實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含氯化鉀鎂作為微細顆粒。在另外的特定實施例，鹼金屬鎂鹵化物包含顆粒形式之氯化鉀鎂(例如，平均顆粒大小約0.03-0.12吋，或約0.8-3.15公厘)。
在特定的實施例，溶劑金屬包含銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、鎂、鉛、其合金以及其組合其中至少之一。在另外的特定實施例，溶劑金屬包含鋁或其合金，以及銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鎘、鎵、銦、鎂、鉛、其合金中至少之一。在另外的特定實施例，溶劑金屬包含鋁或其合金。在另外的特定實施例，溶劑金屬包含鋁。
在特定的實施例，熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸。
在特定的實施例，熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸。
在特定的實施例，熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形 成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物是藉由注射鹼金屬鎂鹵化物至熔融液體的底端部分而與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸。
在特定的實施例，熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物是藉由注射鹼金屬鎂鹵化物至熔融液體的底端部分而與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸，且使鹼金屬鎂鹵化物漂浮或上升至熔融液體的頂面。
在特定的實施例，母液包含至少約2000百萬分之一重(ppmw)的鋁。在另外的特定實施例，母液包含至少約1000百萬分之一重(ppmw)的鋁。在另外的特定實施例，母液包含至少約500百萬分之一重(ppmw)的鋁。
在特定的實施例，該矽形成之熔融液體包含從矽純化過程中回收的矽。
在特定的實施例，加熱形成熔融液體可進行以達到至少約1400℃之溫度。在另外的特定實施例，加熱形成熔融液體可進行以達到至少約1450℃之溫度。在另外的特定實施例，加熱形成熔融液體可進行以達到至少約1500℃之溫度。在另外的特定實施例，加熱形成熔融液體可進行以達到約1400℃至約1600℃之溫度。在另外的特定實施例，加熱形成熔融液體可進行以達到約1450℃至約1550℃之溫度。
在特定的實施例，在高於固相溫度的溫度下進行冷卻熔融液體以 提供矽晶體及母液。在另外的特定實施例，在固相溫度及液相溫度之間的溫度下進行冷卻熔融液體以提供矽晶體及母液。
在特定的實施例，冷卻可在至少約20℃的溫度下進行。在另外的特定實施例，冷卻可在約0℃至約60℃的溫度下進行。在另外的特定實施例，冷卻可在約15℃至約40℃的溫度下進行。在另外的特定實施例，冷卻可以高達約500℃/小時、高達約250℃/小時、高達約125℃/小時、高達約100℃/小時、高達約75℃/小時的速率下進行。
在特定的實施例，熔融液體可冷卻至接近但高於固相溫度(例如，高於固相溫度約200℃內、高於固相溫度約125℃內或高於固相溫度約50℃內)。在另外的特定實施例，熔融液體可冷卻至約700℃至約750℃的溫度。在另外的特定實施例，熔融液體可冷卻至高於固相溫度且低於液相溫度。在另外的特定實施例，熔融液體可冷卻至低於液相溫度的溫度。
在特定的實施例，熔融液體可於至少約2小時的時間期間冷卻。在另外的特定實施例，熔融液體可於至少約4小時的時間期間冷卻。在另外的特定實施例，熔融液體可於至少約8小時的時間期間冷卻。在另外的特定實施例，熔融液體可於至少約12小時的時間期間冷卻。在另外的特定實施例，熔融液體可於至少約24小時的時間期間冷卻。在另外的特定實施例，熔融液體可於至少約48小時的時間期間冷卻。
在特定的實施例，本文描述的方法用於純化矽(例如，執行方法以純化矽)。在另外的特定實施例，方法是用於純化矽(例如，執 行方法以純化矽)的一種方法，其中純化的矽可隨後進一步被純化。在另外的特定實施例，方法是用於純化矽(例如，執行方法以純化矽)的一種方法，其中純化的矽可隨後進一步應用，例如定向凝固(directional solidification,DS)而純化。在另外的特定實施例，方法是用於純化矽(例如，執行方法以純化矽)的一種方法，其中純化的矽可隨後進一步被純化並使用於太陽能面板的製造。
在特定的實施例，該方法是以批量(batch)或連續的方式進行。在另外的特定實施例，該方法是以批量的方式進行。在另外的特定實施例，該方法是以連續的方式進行。
本文描述的方法可產生具有欲求的純度之矽晶體。在特定的實施例，純化的矽晶體為至少約95重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約96重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約97重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約98重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約98.5重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約99重量%的純度。在另外的特定實施例，純化的矽晶體為至少約99.5重量%的純度。
本文描述的方法可產生商業或工業規模之純化的矽晶體。在特定的實施例，本文描述的方法可產生每一批量至少約150公斤的矽晶體。在特定的實施例，本文描述的方法可產生每一批量至少約240公斤的矽晶體。在特定的實施例，本文描述的方法可產生每一批量至少約300公斤的矽晶體。在特定的實施例，本文描述的方法可產生每一批量至少約500公斤的矽晶體。
本文描述的方法包含複數個步驟，其中各個及每一個步驟可只進行一次。選擇地，本文描述的方法包含複數個步驟，其中任何一或更多個步驟可獨立地重複一或更多次。舉例來說，任何一或更多個步驟可獨立地重複一次、兩次、三次、四次或五次。此外，本文描述的方法包含複數個步驟，其中每一個步驟可獨立地重複一或更多次。舉例來說，每一個步驟可獨立地重複一次、兩次、三次、四次或五次。
下面提供的具體列舉的第1實施例至第51實施例僅用於說明之目的，並不在其他方面限制如由申請專利範圍定義所揭露的主題之範疇。這些列舉的實施例包括本文敘述的實施例之所有組合、次組合、以及多重參照(例如，多重附屬)的組合。
列舉的實施例
[1]一種方法包含：(a)由溶劑金屬、矽及鹼金屬鎂鹵化物形成熔融液體；(b)冷卻熔融液體以提供矽晶體及母液(mother liquor)；以及(c)將矽晶體由母液中分離出來。
[2]如第1實施例的方法，其為用於純化矽的方法。
[3]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體是自磷純化。
[4]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體是自硼純化。
[5]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液 體、及接著將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸。
[6]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及接著將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸。
[7]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及接著將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物是藉由注射鹼金屬鎂鹵化物至熔融液體的底端部分而與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸。
[8]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔融液體的形成是藉由接觸溶劑金屬及矽以形成混合物、加熱混合物以形成熔融液體、及接著將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中鹼金屬鎂鹵化物是藉由注射鹼金屬鎂鹵化物至熔融液體的底端部分而與熔融液體在熔融液體的底端部分接觸，且使鹼金屬鎂鹵化物漂浮或上升至熔融液體的頂表面。
[9]如上列其中任何一個實施例的方法，其中與熔融液體接觸的矽為冶金級矽(MG)。
[10]如上列其中任何一個實施例的方法，其中與熔融液體接觸的矽為冶金級矽(MG)，具有的磷程度高達約60百萬分之一重(ppmw)。
[11]如上列其中任何一個實施例的方法，其中與熔融液體接觸的矽為冶金級矽(MG)，具有的硼程度高達約15百萬分之一重(ppmw) 。
[12]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液分離出來的矽晶體包含少於約8百萬分之一重(ppmw)的磷。
[13]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液分離出來的矽晶體包含少於約4百萬分之一重(ppmw)的磷。
[14]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液分離出來的矽晶體包含少於約5百萬分之一重(ppmw)的硼。
[15]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液分離出來的矽晶體包含少於約1百萬分之一重(ppmw)的硼。
[16]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔劑金屬包含銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、鎂、鉛、及其合金其中至少之一。
[17]如上列其中任何一個實施例的方法，其中熔劑金屬包含鋁。
[18]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔至少約0.05重量%。
[19]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔至少約0.10重量%。
[20]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔約0.10重量%至約5重量%。
[21]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物於熔融液體中佔高達約10重量%。
[22]如上列其中任何一個實施例的方法，其中冷卻熔融液體以提供矽晶體及母液係在高於固相溫度的溫度下進行。
[23]如上列其中任何一個實施例的方法，其中冷卻熔融液體以提供矽晶體及母液係在固相溫度及液相溫度之間的溫度下進行。
[24]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液中分離出來的矽晶體包含小於約3000百萬分之一重(ppmw)的鋁。
[25]如上列其中任何一個實施例的方法，其中從母液中分離出來的矽晶體包含小於約1500百萬分之一重(ppmw)的鋁。
[26]如上列其中任何一個實施例的方法，其中至少得到約240公斤的矽晶體。
[27]如上列其中任何一個實施例的方法，其中(a)~(c)的任何一或更多個步驟被重複一或更多次。
[28]如上列其中任何一個實施例的方法，其中(a)~(c)的每一個步驟被獨立地重複一或更多次。
[29]如上列其中任何一個實施例的方法，係以批量(batch)或連續的方式進行。
[30]如上列其中任何一個實施例的方法，其中母液包含至少約1000百萬分之一重(ppmw)的鋁。
[31]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體具有至少約0.5公分的平均直徑值。
[32]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包 含合成光鹵石。
[33]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含無水光鹵石。
[34]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含氯化鉀鎂(potassium magnesium chloride)。
[35]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4、K3Mg2Cl7、Na2MgCl4及MgNaCl3其中至少一個。
[36]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4及K3Mg2Cl7其中至少一個。
[37]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4及K3Mg2Cl7的組合。
[38]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體係至少約98重量%的純度。
[39]如上列其中任何一個實施例的方法，其中形成熔融液體的矽具有少於約98重量%的純度。
[40]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含氯化鉀鎂作為微細顆粒。
[41]如上列其中任何一個實施例的方法，其中鹼金屬鎂鹵化物包含顆粒形式之氯化鉀鎂。
[42]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與鎂 金屬(Mg0)接觸。
[43]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與於熔融液體中佔至少約0.1重量%的鎂金屬(Mg0)接觸。
[44]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與於熔融液體中佔高達約10重量%的鎂金屬(Mg0)接觸。
[45]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與於熔融液體中佔約0.2~5重量%的鎂金屬(Mg0)接觸。
[46]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與MgCl2、KCl及NaCl其中至少之一接觸。
[47]如上列其中任何一個實施例的方法，更包含使熔融液體與氯氣(Cl2)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、氦氣(He)、氬氣(Ar)、氫氣(H2)、六氟化硫(SF6)、光氣(COCl2)、四氯化碳(CCl4)、水蒸汽(H2O)、氧氣(O2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、四氯矽烷(SiCl4)及四氟矽烷(SiF4)其中至少之一接觸。
[48]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體係自磷純化=，以自矽除去至少25重量%的磷。
[49]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體係自磷純化，以自矽除去至少33重量%的磷。
[50]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體係自磷純化，以自矽除去高達50重量%的磷。
[51]如上列其中任何一個實施例的方法，其中矽晶體係自磷純化，以自矽除去高達43重量%的磷。
100‧‧‧用於純化矽的方法
101‧‧‧加鹼金屬鎂鹵化物
103‧‧‧溶劑金屬
105‧‧‧加熱
107‧‧‧第一熔融液體
109‧‧‧矽
111‧‧‧第二熔融液體
113‧‧‧冷卻
115‧‧‧矽晶體+母液
117‧‧‧分離
119‧‧‧母液
121‧‧‧矽晶體

Claims (10)

  1. 一種用於純化矽之方法，包含：(a)由一鹼金屬鎂鹵化物、一溶劑金屬及一冶金級矽(MG)形成一熔融液體，其中該溶劑金屬包含銅、錫、鋅、銻、銀、鉍、鋁、鎘、鎵、銦、鎂、鉛及其合金其中至少之一，其中該鹼金屬鎂鹵化物於該熔融液體佔至少約0.10重量%至高達約10重量%；及其中該冶金級矽具有高至約60百萬分之一重(ppmw)之磷程度及高至約15百萬分之一重(ppmw)之硼程度；(b)冷卻該熔融液體以提供一矽晶體及一母液(mother liquor)；以及(c)將該矽晶體由該母液中分離出來；其中該矽晶體係自磷及硼純化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中：該熔融液體的形成係藉由接觸一溶劑金屬及矽以形成一混合物、加熱該混合物以形成一熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸；或該熔融液體的形成係藉由接觸一溶劑金屬及矽以形成一混合物、加熱該混合物以形成一熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中該鹼金屬鎂鹵化物與該熔融液體在該熔融液體的底端部分接觸；或該熔融液體的形成係藉由接觸一溶劑金屬及矽以形成一混合物、加熱該混合物以形成一熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化 物接觸，其中該鹼金屬鎂鹵化物係藉由注射該鹼金屬鎂鹵化物至該熔融液體的底端部分而與該熔融液體在該熔融液體的底端部分接觸；或該熔融液體的形成係藉由接觸一溶劑金屬及矽以形成一混合物、加熱該混合物以形成一熔融液體、及將熔融液體與鹼金屬鎂鹵化物接觸，其中該鹼金屬鎂鹵化物係藉由注射該鹼金屬鎂鹵化物至該熔融液體的底端部分而與該熔融液體在該熔融液體的底端部分接觸，且使該鹼金屬鎂鹵化物漂浮或上升至熔融液體的頂表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鹼金屬鎂鹵化物於該熔融液體佔約0.10重量%至約5重量%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中冷卻該熔融液體以提供該矽晶體及該母液，係以高於固相溫度的一溫度而實行；或係以介於固相溫度及液相溫度之間的一溫度而實行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中由該母液分離出來之該矽晶體包含約少於3000百萬分之一重(ppmw)的鋁。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該矽晶體具有至少約0.5公分之一平均直徑值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鹼金屬鎂鹵化物包含KMgCl3、K2MgCl4、K3Mg2Cl7、Na2MgCl4及MgNaCl3其中至少之一。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在無須進一步純化下，該矽晶體係至少約98重量%的純度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該熔融液體與：在熔融液體佔約0.2-5重量%之鎂金屬(Mg0)、MgCl2、KCl、NaCl、氯(Cl2)、氧(O2)、氮(N2)、氦(He)、氬(Ar)、氫(H2)、六氟化硫 (SF6)、光氣(COCl2)、四氯化碳(CCl4)、水蒸汽(H2O)、氧(O2)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、四氯矽烷(SiCl4)及四氟矽烷(SiF4)其中至少之一接觸。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在無須進一步純化下，該矽晶體係自磷純化，以自矽除去至少約25重量%的磷。
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