一種增強合金化分凝提純多晶硅的方法技術

本發明專利技術屬于冶金提純技術領域，特別涉及一種增強合金化分凝提純多晶硅的方法。該方法首先對工業硅和原鋁進行清洗預處理，然后在氬氣保護下使原鋁完全熔化，之后向熔融的鋁液中加入工業硅，升溫至1100-1200℃進行合金化熔煉，完全熔化后加入金屬或金屬氧化物，保溫之后緩慢冷卻，硼化物和初晶硅先后析出并沉積在坩堝底部，將坩堝上部鋁硅熔體傾倒并貯存，最后對初晶硅進行無機酸處理，去除殘余金屬及硼化物，之后進行烘干處理，即可得到硼含量低的多晶硅。本發明專利技術在Si-Al合金提純的基礎上加入Fe、Ti、TiO2等微量金屬或金屬氧化物，從而達到去除硅中硼雜質，使硼含量達到滿足太陽能級硅的要求，實用性強，工業生產周期短，節能降耗環保，技術穩定，生產效率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于冶金提純
，特別涉及。
技術介紹
隨著煤炭、石油、天然氣等傳統能源的枯竭以及全球變暖等環境問題的日益突出，尋找新的清潔、可再生能源成為當務之急。可再生能源當中，太陽能因具有分布廣泛、清潔無污染等特點成為理想能源。將太陽能轉化成電能的技術為光生伏特效應，該技術的關鍵元件為太陽能電池。多晶硅是生產太陽能電池的主要原料，而多晶硅的提純成本居高不下，尋找低成本的太陽能級硅提純技術顯得至關重要。·目前，制備太陽能級硅的方法有化學法和物理法(冶金法)兩種，化學法以改良西門子法為主，即化學氣相沉積(CVD)法。該方法生產的多晶硅雖然純度高，但存在高能耗、高污染等缺點。與化學法相比，冶金法具有エ藝流程相對簡單、能耗低、環境污染小等優點，引起人們的廣泛關注。冶金法包括定向凝固、等離子精煉、真空熔煉、造渣提純、合金提純等過程，是ー種綜合的提純方法。定向凝固可以去除硅中絕大部分金屬雜質，而對P和B的去除作用不明顯，這是因為P和B的分凝系數比較大。P具有高的飽和蒸汽壓，可以通過真空熔煉的方法去除。等離子精煉和造渣精煉的方法雖然可以達到去除B雜質的效果，但都存在缺點。等離子精煉能耗比較高；造渣精煉存在用渣量大，污染環境等缺點。合金提純方法是ー種新型的低溫除B方法，它基于分離結晶原理。其過程為首先將雜質含量較高的エ業硅熔于金屬溶劑中，硅中的雜質元素在合金熔體中擴散，再將合金熔體緩慢冷卻，在冷卻過程中，初晶硅析出，雜質抑制在合金熔體中，最終獲得高純度初晶硅。目前，合金體系主要有Si-Al，Si-Fe, Si-Cu等ニ元合金，這些合金對多晶硅都具有一定的提純效果，但受限于硼在硅與合金熔體間的分配系數，需要采用多次分凝提純才能達到太陽能級硅純度標準。
技術實現思路
本專利技術為克服以上不足，提供，該方法在Si-Al ニ元合金提純的基礎上進行，能高效、一次性的降低エ業硅中的雜質B含量，從而使B含量滿足太陽能級硅的要求。本專利技術為實現上述目的所采用的技術方案是，其特征是第一歩前處理首先對雜質硼含量高的エ業硅和原鋁進行清洗預處理； 第二步合金化熔煉然后將原鋁放入感應爐中，在氬氣保護700-800°C下使原鋁完全熔化，之后向熔融的鋁液中加入エ業硅，升溫至1100-1200°C進行合金化熔煉，完全熔化后加入金屬或金屬氧化物，保溫2-4h ； 第三步分凝提純緩慢冷卻至58(T620°C，硼化物和初晶硅先后析出并沉積在坩堝底部,坩堝上部為鋁硅熔體,將鋁硅熔體傾倒并貯存；第四步后處理最后對初晶硅進行無機酸處理，去除殘余金屬及硼化物，之后進行烘干處理，即可得到硼含量低的多晶硅。所述方法具體步驟如下 第一歩前處理采用去離子水對エ業硅和原鋁進行超聲清洗2 4h，去除其表面附著的雜質，得到清洗后的エ業硅和原鋁； 第二步合金化熔煉稱取一定質量比的清洗后的原鋁、エ業硅，將原鋁放入感應爐中，在氬氣保護700-800°C下使原鋁完全熔化，之后向熔融的鋁液中加入エ業硅原料，升溫至1100-1200°C進行合金化熔煉，完全熔化后向熔體中加入金屬或金屬氧化物，保溫2-4h，金屬或金屬氧化物完全熔化并與雜質硼形成穩定的高熔點硼化物； 第三步分凝提純將合金熔體以廣3°C /min的速率緩慢冷卻至58(T620°C，微量硼化物優先析出，沉積在坩堝底部，之后初晶硅析出并在感應電磁力作用下富集到坩堝底部的硼·化物之上，將坩堝上層的鋁硅熔體傾倒出去貯存，并重復應用于エ業硅提純； 第四步后處理對初晶硅在5(T70°C下進行無機酸處理，依次為鹽酸處理4-5h、王水處理2-3h、氫氟酸處理2-3h，去除殘余金屬及硼化物，之后在60 100で下對硅進行烘干處理，即可得到硼含量低的多晶硅。所述エ業硅純度為99. 0-99. 8%，其含硼量為2(T25ppmw。所述原鋁純度為99. 5% 99. 8%， 所述原鋁和エ業硅的質量比為0. 1 1。所述金屬或金屬氧化物為Fe、Ti、Zr、Ca、CaO、TiO2、ZrO2、Fe2O3中的ー種或幾種，純度為99. 0-99. 8%，金屬或金屬氧化物的加入量鋁硅熔體總質量的0. f 1%。所述無機酸采用的鹽酸、王水和氫氟酸，其濃度依次為鹽酸摩爾濃度5-7mol/L、王水質量濃度15_20wt%、氫氟酸質量濃度35-45wt%。所述硼含量低的多晶娃,其含硼量小于0. 2ppmw。本專利技術的顯著效果是在Si-Al合金提純的基礎上加入Fe、Ti、Zr、Ca、CaO、TiO2等金屬或金屬氧化物，加入的金屬元素或金屬氧化物能夠與硅中的硼雜質形成穩定高熔點硼化物，在坩堝底部沉淀，后析出初晶硅，在電磁力作用下富集于坩堝底部、硼化物之上，待鋁硅熔體倒出后貯存起來以備再次進行合金提純硅，初晶硅通過酸洗除去殘留的金屬雜質和硼化物，從而達到去除硅中硼雜質，使硼含量達到滿足太陽能級硅的要求。本專利技術實用性強，エ業生產周期短，節能降耗環保，技術穩定，生產效率高。附圖說明圖I為ー種增強合金化分凝提純多晶硅方法的流程圖。具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖詳細說明本專利技術，但本專利技術并不局限于具體實施例。實施例I 如圖I所示，的簡要流程為首先對エ業硅和原鋁進行預處理，然后進行合金化熔煉，凝固提純得到初晶硅，再對初晶硅后處理，最終得含硼量小于0. 2ppmw的多晶硅，具體操縱流程如下第一步預處理先取純度為99. 0%、含硼量為25ppmw的エ業硅和純度為99. 8%的原鋁，進行去離子水超聲清洗2h，去除其表面附著雜質，目的一是降低エ業硅和原鋁中原有雜質的含量，ニ是避免部分雜質與硅發生反應，影響提純效果； 第二步合金化熔煉稱取質量比為2:1的超聲清洗過的原鋁、エ業硅原料，先將原鋁放入感應爐中，通以氬氣保護，加熱至700°C使原鋁完全熔化，之后向熔融的鋁液中加入已清洗過的エ業硅原料，升溫至1100°C，使エ業硅與原鋁完全熔化，再向合金熔體中加入Ti，其純度為99. 8%、質量為鋁硅總質量0. 1%，保溫2小吋，Ti與雜質B形成穩定的高熔點硼化物TiB2; 第三步分凝提純將合金熔體以1°C /min的速率緩慢冷卻至580°C，由于TiB2的熔點比較高，因此會優先析出并沉積在坩堝底部，初晶硅之后析出，并在感應電磁力作用下富集到坩堝底部的TiB2上部，傾倒鋁硅熔體并貯存，鋁硅熔體可重復應用于エ業硅提純，完成后得到分凝提純后的初晶硅；· 第四步后處理對富集于坩堝底部的初晶硅采用無機酸在50°C下酸洗去除殘余金屬以及TiB2，所使用的無機酸有三種，順序依次為鹽酸、王水、氫氟酸，其中鹽酸摩爾濃度為7mol/L,浸泡4h，王水質量濃度為20wt%，浸泡2h，氫氟酸質量濃度為45wt%，浸泡2h，最后在烘干箱中60°C下烘干得含硼量約為0. 15ppmw的多晶硅。實施例2 如圖I所示，的簡要流程為首先對エ業硅和原鋁進行預處理，然后進行合金化熔煉，凝固提純得到初晶硅，再對初晶硅后處理，最終得含硼量小于0. 2ppmw的多晶硅，具體操縱流程如下 第一步預處理先取純度為99. 4%、含硼量為22ppmw的エ業硅和純度為99. 7%的原鋁，進行去離子水超聲清洗3h，去除其表面附著雜質，目的一是降低エ業硅和原鋁中原有雜質的含量，ニ是避免部分雜質與硅發生反應，影響提純效果； 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種增強合金化分凝提純多晶硅的方法，其特征是：第一步前處理：首先對雜質硼含量高的工業硅和原鋁進行清洗預處理；第二步合金化熔煉：然后將原鋁放入感應爐中，在氬氣保護700？800℃下使原鋁完全熔化，之后向熔融的鋁液中加入工業硅，升溫至1100？1200℃進行合金化熔煉，完全熔化后加入金屬或金屬氧化物，保溫2？4h；第三步分凝提純：緩慢冷卻至580~620℃，硼化物和初晶硅先后析出并沉積在坩堝底部，坩堝上部為鋁硅熔體，將鋁硅熔體傾倒并貯存；第四步后處理：最后對初晶硅進行無機酸處理，去除殘余金屬及硼化物，之后進行烘干處理，即可得到硼含量低的多晶硅。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚毅，李佳艷，李亞瓊，賈鵬軍，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：