[发明专利]一种去除原生多晶硅棒端面石墨的方法

说明书

技术领域

本发明一种去除原生多晶硅棒端面石墨的方法，属于多晶硅棒料加工技术领域。

背景技术

由于环境污染，能源短缺，推动了太阳能光伏行业的快速发展，晶体硅太阳能电池是目前最主要的太阳能电池，其所用原料主要有原生多晶硅、芯片加工过程中的废料、硅片加工过程中的边角料等，其中原生多晶硅是主要的原料，这几年太阳能光伏行业飞速发展，多晶硅原料的供应非常紧俏，价格也比较高，每吨多晶硅原料的价格为300多万。

多晶硅生长时，需用石墨夹头夹持细长硅芯两端，石墨夹头作为电极对硅芯加热，炉腔内的气态硅料逐步沉积在硅芯上，从而生长出多晶硅棒。随着硅料在硅芯上的沉积，石墨夹头和硅芯逐步被沉积的硅料包覆，生长出的多晶硅棒两端内嵌有石墨夹头，因碳和硅为同一族元素，他们的化学性质和原子结构都很相近，在高温下相互渗透，所以去除硅棒两端的石墨夹头比较困难，但这部分原料如果处理好的话也是很好的原料。

通常人们采用物理方法来去除硅棒两端的石墨夹头，首先将两端砸下来，然后再敲成碎块，把带碳的原料和不带碳的原料分开，对带碳的原料，用砂轮磨去表面的石墨，这种操作方法需一块一块的研磨，相当麻烦，不利于批量加工，同时研磨石墨的过程中经常要磨掉部分硅原料，损耗也比较大。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，所要解决的问题是提供一种利用化学方法，方便、充分的去除硅棒端面石墨的方法。

为了解决上述问题，本发明采用的方案为：一种去除原生多晶硅棒端面石墨夹头的方法，先将多晶硅棒两端带有石墨夹头的原料敲下来，再将原料破碎成小块，然后将原生多晶硅两端带碳的原料进行热处理，再酸洗，然后水洗呈中性，最后烘干即可；其特征在于上述热处理的方法为：将原生多晶硅两端带碳的原料装石英舟，在马弗炉里以8-15℃/min的升温速率加到880-920℃，恒温两小时，然后自然冷却。

上述烘干的方法为：在110-130℃下烘烤两小时。

上述热处理的全过程保持通风状态。

上述酸洗的方法为：先取硝酸和氢氟酸，按重量份之比为硝酸∶氢氟酸＝6-10∶1组成 混合酸，然后将热处理后的原料浸入混合酸，在混合酸中浸洗原料3-5分钟，边浸洗边搅拌。

上述硝酸的重量百分比浓度为70％-98％之间，氢氟酸的重量百分比浓度为35％-55％之间。

本发明的有益效果为：针对物理法的不足，本发明采用化学方法来去除多晶硅原料表面的石墨，但碳的化学性质非常稳定，常温下很难与其它物质反应，同时因硅和碳为同族相邻元素，化学性质相近，分离比较困难。考虑到硅和碳的氧化产物存在很大差异，硅氧化后会在表面形成致密的二养化硅层，该二氧化硅层一旦形成，会将里边的硅包覆起来，阻止内部反应进行，但碳氧化后生成气态的一氧化碳或二氧化碳气体，可以继续反应下去，待碳反应完以后，再采用硝酸和氢氟酸可以方便的去除原料表面覆盖的二氧化硅层和其它杂质，从而可以得到干净的硅料。我们实验了两种氧化方法去除石墨，一种是常温下用高锰酸钾和浓硫酸的混合液氧化原料，另一种是在马弗炉里加热原料氧化。实验发现第一种方法中使用了超强氧化剂高锰酸钾，容易爆炸，不太安全，同时反应速度不是很快，而本发明的方法操作简便，安全，氧化效果理想，所以我们采用后种方法去除原料表面的石墨。

具体实施方式

实施例1

先将多晶硅棒两端带有石墨夹头的原料敲下来，把原料破碎成小块，把带碳的原料和不带碳的分开；再把带碳的原料装石英舟，在马弗炉里以每分钟10℃/min的升温速率加到900℃，恒温两小时，煅烧过程中炉腔内要留通风口，然后自然冷却；然后将冷却好的原料，出炉，用不锈钢小刀刮掉原料表面的灰烬；再取足够量的硝酸和氢氟酸的混合酸浸洗原料4分钟，硝酸的重量百分比浓度为90％，氢氟酸酸的重量百分比浓度为47％，硝酸与氢氟酸酸的重量份之比为8∶1，将原料全部浸入混合酸的液面之下，边清洗边搅拌原料；再用纯水冲洗原料表面的酸渍，直至原料表面为中性；然后再120℃下烘干两小时，冷却后，包装原料即可。

实施例2