[发明专利]提纯方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用化学试剂从含有金属、半金属、金属化合物或半金属化合物的原料中去除一种或多种物质的方法，其中，所述原料的形式为细颗粒，优选为纳米颗粒。更具体地，本发明涉及由二氧化硅、硅酸盐和/或冶金硅(metallurgical grade silicon)的纳米颗粒生产高纯度的硅。

背景技术

硅被广泛应用于电子工业中，例如：半导体、集成电路和光伏电池(也称为太阳能电池)的生产中。通常要求具有很高的纯度，精确的纯度等级取决于最终的应用。典型地，光伏级硅(photovoltaic grade silicon)的纯度(至少99.9999％)低于电子级硅(＞99.9999999％)，需要去除的重要的杂质包括：元素周期表中的第一行过渡元素，如V、Cr、Fe、Co、Mn、Ni和Ti；以及Al、B、P、Zr、Nb、Mo、Ta、W和O。前述杂质的包含物对于包括太阳能电池在内的硅基器件的性能具有十分不利的影响，其中，降低了光电转换效率。

工业上通过两步法来生产硅。在第一步中，将石英热还原为低成本的冶金硅，该冶金硅的纯度通常仅为99.5-99.9％。在第二步中，一般采用西门子法(Siemens process)对所述冶金硅作进一步的提纯。在西门子法中，首先将所述冶金硅转化为氯硅烷(chorosilane)，然后加热以沉积出高纯度的硅。该第二步提纯显著提高了最终的硅产品的成本，后续加工步骤也是如此，为了向半导体级硅中加入掺杂剂，所述后续加工步骤也可能是必需的。

目前，还没有专门用于中间级光伏硅的生产方法，因而太阳能电池产自昂贵的原料硅。可用的中等纯度的硅对于太阳能电池的制作来说是非常理想的目标，因此，太阳能电池市场期待开发出通过可选择的且低成本的方法而制得的高容量的光伏级硅。

发明内容

因此，本发明的第一个方面是提供用于从含有金属、半金属、金属化合物或半金属化合物的原料中去除一种或多种物质的方法，该方法包括以下步骤：将所述原料的细颗粒与试剂Y混合，并将所述原料加热，以在所述原料和所述试剂Y之间产生扩散界面，从而使所述一种或多种物质从所述原料迁移至所述试剂Y，由此制得更纯的金属或半金属颗粒。

所述细颗粒是指尺寸处于100微米或100微米以下量级内的颗粒。所述细颗粒优选为纳米颗粒，所述纳米颗粒是指具有纳米级尺寸的颗粒，而且所述纳米颗粒的尺寸可以处于例如几纳米至几百纳米的量级内。所述纳米颗粒可以为球形的或非球形的，也可以称为纳米粉末或纳米级的材料。在本发明中用作原料的所述金属或半金属颗粒包括金属和/或半金属合金的颗粒。

所述半金属是指性质介于金属与非金属之间的化学元素，包括B、Si、Ge、As、Sb和Te。这些元素有时也被称为非金属。

优选地，所述试剂Y选自吸杂剂、还原剂或它们的组合。在某些情况下，所述试剂Y可以同时用作吸杂剂和还原剂。

在本发明的特别优选的实施方式中，所述原料含有金属或半金属，优选含有选自由B、Si、Ge、As、Sb和Te所组成的组中的半金属，更优选为硅，甚至更优选为冶金硅(MG-Si)。在前述的任意情况中，要去除的一种或多种物质包括在所述金属或半金属中残留的金属和/或非金属杂质，所述方法的产品为纯度比所述原料更高的金属或半金属。

在本发明的另一种优选的实施方式中，所述原料含有所述金属或半金属的化合物，例如，氧化物、氮化物或硫化物。所述原料更优选为选自由B、Si、Ge、As、Sb和Te所组成的组中的半金属的化合物，所述原料甚至更优选为硅的化合物。二氧化硅是地球上最丰富的矿物质之一，因此对于硅的生产来说是非常理想的原料。因此，对于硅的生产来说，所述原料优选含有二氧化硅，但是可选择地，所述原料可以含有硅酸盐。

在上述情况中，要去除的一种或多种物质包括共同成键的元素(即，氧化物的氧、氮化物的氮、硫化物的硫等)，以及残留的金属和/或非金属杂质。