[发明专利]一种利用硅升华原理提纯硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提纯硅的方法，特别涉及一种利用硅升华原理提纯硅的方法。

技术背景

现在随着太阳能电池的应用越来越广泛，用于制作太阳能电池的材料硅的需求量越来越大。但由于工业硅产品里含有较多的杂质，目前还不能直接用于制作太阳能电池。现在硅的提纯主要采用的是西门子法，该方法是先将硅转化成三氯氢硅，经过精馏后再在高温下用氢气进行还原，该工艺污染大、能耗多、成本高。虽然现在也有一些其它技术提纯方法，如中国专利局于2007.07.11公开的专利申请号200610166374.6发明名称《一种硅的提纯方法》发明技术，该项发明解决目前硅提纯过程中消耗电力巨大，而且生产成本居高不下的问题，但最终仍然要采用化学方法，转化成硅烷进行提纯，化学方法污染环境、能耗高、工艺复杂、安全性差。因此，现在急需一种工艺简单、能耗低、对环境污染小的硅的提纯方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的缺点，提供一种效率高、工艺简单、成本低、对环境没有污染的提纯硅的方法。

为此，本发明提供了一种利用硅升华原理提纯硅的方法，所述方法是将不纯硅放置在真空炉中，利用硅具有升华的特性，通过加热使硅升华而不纯硅中的杂质不能升华，将硅与其中的杂质进行分离，从而提高硅的纯度的方法。如当不纯硅中含有硼杂质时，将不纯硅放置在真空炉中加热，当加热后硅由于具有升华的特性，硅升华后通过冷凝成高纯度的硅，而硼由于不具备升华的特性仍然留在不纯硅中。同样其中的有些金属杂质如铁、铜等也不具备升华的特点，这样就可以通过控制温度使硅升华而使杂质保留在不纯硅中，实现硅与硼等杂质的分离达到提纯硅的目的。在真空炉中进行升华可以提高升华速度提高产量降低能量消耗、并可防止硅氧化的优点。

在本发明提供的另一种利用硅升华原理提纯硅的方法中，为了防止硅在升华过程中由于加热氧化，在加热过程中在真空炉中充入惰性气体，防止硅的氧化。所述惰性气体可以是氩气，充入氩气可以防止硅的氧化。

在本发明提供的另一种利用硅升华原理提纯硅的方法中，在加热时使加热温度低于不纯硅的沸点，如果达到或超过不纯硅混合物的沸点，那么不仅其中的硅蒸发而且其中的杂质如硼等也可以随之一起蒸发，这样得不到高纯度的产品，如果控制加热温度低于沸点则使其中的硅能够升华但其中不具备升华功能的杂质不能蒸发出来，从而有效地将硅与其中的杂质进行分离。为了准确控制温度所述加热是采用感应加热的方式。所述加热温度的控制是采用红外测温控制感应加热装置。利用红外测温装置准确测量不纯硅的温度，将温度信号传递给感应加热装置，当温度达到后感应加热装置停止加热；当温度低于设定的温度时，红外测温装置将加热信号传递给感应加热装置开始加热，从而保证硅处于一个相对稳定的温度范围内。

在本发明提供的另一种利用硅升华原理提纯硅的方法中，现在随着废旧电脑等增加，其中的半导体废料越来越多，但这些半导体废料由于其中的硅中包含着杂质不能重新使用。但通过升华的方式使其中的硅与杂质分离后可以重新使用如用于制作太阳能电池的原料。所述半导体废料是含硼的重掺半导体废料，因为如果半导体废料不含硼，经过清洗后很容易回收重新作为太阳能电池的原料，但如果含硼则难以将硼与硅进行分离，而硅中含硼则不能用于制作太阳能电池的原料，而采用本发明则可以有效地将硼与硅分离，因为硼的沸点高于硅同时硼也不具备升华特性。所述半导体废料也可以是半导体材料切削过程中产生的切削混合物，因为半导体在使用过程中要切割成片使用，其中百分之四十要变成切削混合物，但现在无法将其中的硅回收用于制作半导体材料，如果采用本发明，由于其中的硅与切削料如碳化硅的沸点相差很大，特别是硅可以在加热过程中升华而碳化硅或金刚石不具备升华特性，因此，可以通过本发明的方法进行硅的回收使用。

本发明提供的一种利用硅升华原理提纯硅的方法与现有技术相比具有以下优点：

1.无污染：由于真空升华是物理分离方法，没有进行化学反应，在整个分离提纯过程中无废水、废气产生，对环境无污染；

2.能耗低：由于是在真空中进行，能耗少，耗能量只有现有西门子方法的十分之一；

3.成本低：减少了化学药品的使用，降低了生产成本。

下面通过附图描述的本发明的实施例，可以更清楚地理解本发明的构思、方法。

附图说明

附图1是本发明提供的一种利用硅升华原理提纯硅的方法的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式