[发明专利]一种去除金属硅中P、B杂质的新方法

说明书

一所属技术领域

本项发明所属领域为，新型光电子材料。

二背景技术

石油资源日益减少，导致原油价格不断上涨，给各国经济增长蒙上一层挥之不去的阴影，为此，各国政府大力发展可再生能源。在可再生能源中，太阳能电池是其中最重要的组成之一。目前，全球光伏产业年均增长率高达30％，光伏产业已经成为全球发展最快的新兴行业。按各国可再生能源发展计划推算，2010以前光伏行业将维持年均30％以上的高速增长。世界光伏组件产量上世纪末最后10年的平均增长率为20％，从1991年的55兆瓦增长到2000年的287兆瓦。而进入新千年后，全球光伏组件的年均增长率更是高达30％以上，2003年全球的产量达到了744兆瓦。

为满足光伏产业对高纯多晶硅需求的强劲增长，国际上几大主要高纯硅原料供应公司已经在扩大其生产规模，但是，由于中国国内太阳电池组件公司扩产太快，以至于上游高纯硅原料生产厂的生产和扩产，远远达不到下游电池组件生产厂的需求。从2004年开始，出现高纯多晶硅原料严重短缺，在未来5年左右时间内都不可能改变这种状况。由此导致高纯多晶硅的价格一路上涨，严重制约太阳电池的应用和该行业的发展。

为解决我们未来将面临的能源危机和减少目前温室气体过度排放，国家发展和改革委员会明确要求，组织实施“可再生能源和新能源高技术产业化专项”，明确提出“解决我国太阳能电池用多晶硅原料生产和光伏产业链发展不平衡的问题”，着重解决高纯多晶硅原料来源问题，以促使我国光伏产业抓住全球光伏产业发展的大好时机，培养壮大我国的光伏生产企业。另外，随着我国《可再生能源法》的实施，必将会进一步推动太阳能电池行业的发展，为多晶硅原料创造更广阔的市场。

专家预计，2007年我国多晶硅需求将达到5800吨，2010年用于太阳能电池生产的多晶硅将达8365吨，2015年为1.62万吨。若不以自主知识产权改变国内多晶硅的生产现状，加快多晶硅生产企业扩建或新建步伐，我国多晶硅产业受制于国际市场的状况将无法改变，这将危及我国集成电路、半导体器件和光伏产业的发展。

目前，太阳能多晶硅主要有三个来源，一是生产半导体集成电路单晶硅的碎片；二是半导体多晶体的附产品，即单晶棒的头尾剩余料；三是半导体多晶硅厂商用多余的产能生产的太阳能多晶硅。太阳能多晶硅的产能受限于半导体级多晶硅的产能。06年高纯多晶硅供需紧张，价格持续上涨。在无法获得有效原料供给的情况下，部分太阳能电池片厂商还不得不以220美元/公斤的高价购买半导体级多晶硅进行生产。过高的多晶硅材料价格对太阳电池行业造成冲击巨大，为此，市场急需寻找一种新的、能够大量生产同时成本较低的高纯多晶硅方法。

生产高纯多晶硅材料普遍采用改良西门子法。该法选用高纯金属硅，纯度99.6％左右，高纯石英和炭在电弧炉中提纯到98％生成工业硅。工业硅粉碎即是硅微粉，硅微粉在高温下与无水氯化氢(HCl)反应，在一个流化床反应器中生成三氯氢硅(SiHCl₃)。SiHCl₃进一步提纯后在氢气中经过高温还原沉积成多晶硅，纯度达到11个″9″及以上为半导体级多晶硅，而太阳能级多晶硅的纯度为6个″9″以上就能够满足要求。改良西门子法的特点是投资巨大，投资周期和生产周期长，技术要求高，危险性大，对环境的污染严重。

为了避开改良西门子法对资金的巨大需求，以及生产成本据高不下的被动局面，国外有许多研究小组在多年以前就开始研究多种新的提纯方法研究。在已经取得实验室成功的新方法中，最具商业价值和工业化生产的方法是高温熔炼法直接制备高纯多晶硅技术，该法可以将金属硅提纯到太阳电池需要的纯度6个9(99.999999)。

由于P、B杂质元素的饱和蒸气压以及分凝系数与硅十分接近，单纯采用电子束提纯办法和分凝提纯法很难去除金属硅中的P、B杂质。而P、B杂质含量多少可以决定Si材料的导电类型以及掺杂效果，故太阳电池采用的Si材料中，P、B杂质含量必须小于5ppm。

去除P、B杂质是物理法提纯金属硅的最主要技术难题。

三发明内容

本发明的目的，是结合等离子技术与驱熔技术，在驱熔法溶化局部金属硅硅的同时，结合等离子处理，让氧等离子对金属硅进行表面轰击，氧等离子与熔融硅中的P、B杂质元素形成氧化物，达到去除Si中P、B杂质元素的作用。

现有驱熔技术，是利用材料中不同元素分凝系数的不同，采用温场不断移动的方式，将杂质元素驱赶到材料的端部。对硅中绝大部分元素，该方法都非常有效，但对P、B元素，该方法的效果不明显。