[发明专利]局部蒸发去除多晶硅中硼的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于用物理冶金技术提纯多晶硅的技术领域，特别涉及一种利用电 子束熔炼技术将多晶硅中的杂质硼去除的方法。

背景技术

高纯多晶硅是制备太阳能电池的主要原料。国外制备高纯多晶硅主要使用 西门子法，具体为硅烷分解法和氯硅烷气相氢还原法，西门子法是目前多晶硅 制备的主流技术。其有用沉积比为1×10³，是硅烷的100倍。西门子法沉积速 度可达8～10μm/min。一次通过的转换效率为5％～20％，沉积温度为1100℃， 仅次于SiCl₄(1200℃)，耗电量为120kWh/kg左右，电耗也较高。国内SiHCl₃法 的电耗经过多年的努力已由500kWh/kg降至200kWh/kg，硅棒直径达到100mm 左右。西门子法的不足之处在于其在流程的核心环节上采取了落后的热化学气 相沉积，工艺流程的环节过多，一次转化率低，导致流程时间太长，增加了材 耗、能耗成本。鉴于此，在众多制备的新工艺中冶金法是根据杂质元素在硅中 的分凝系数不同进行定向凝固的方式，具有能耗低、环境污染小的特点。单纯 的定向凝固方法无法去除分凝系数较大的杂质磷，而在多晶硅的众多杂质中， 硼是有害杂质，直接影响了硅材料的电阻率和少数载流子寿命，进而影响了太 阳能电池的光电转换效率。可用做制备太阳能电池的多晶硅磷含量要求降低到 0.00003％以下，已知的发明专利和科技论文中上尚没有应用电子束去除硼的。

发明内容

本发明要解决的技术难题是利用电子束熔炼技术，将多晶硅中的杂质元素 硼去除到0.00003％的程度，进而达到太阳能电池用硅材料的使用要求。该方法 工艺简单，能耗低，环境污染小，提纯精度高。

本发明采用的技术方案是一种局部蒸发去除多晶硅中硼的方法，用电子束 熔炼对石墨坩埚中的多晶硅进行局部熔炼，将液态硅蒸发到石墨坩埚上方的沉 积板上，收集沉积在沉积板上多晶硅，其步骤如下：

1)、将含硼量为0.001％以下的高硼多晶硅6放入石墨坩埚8中，关闭真空盖3；

2)、抽真空过程，先用机械泵2、罗兹泵15将真空室12抽到低真空1Pa，再用 扩散泵16将真空抽到高真空0.001Pa以下；

3)、通过水冷支撑杆10向水冷铜托盘9中通入冷却水，将水冷铜托盘的温度维 持在40度以下；

4)、给电子枪13预热，设置高压为25-35kW，高压预热5-10分钟，关闭高压， 设置电子枪13束流为70-200mA，束流预热5-10分钟，关闭电子枪13束流；

5)、同时打开电子枪13的高压和束流，稳定后用电子枪13轰击石墨坩埚8中 心部位的高硼多晶硅6，使中心部位形成熔池，增大电子枪13束流到 500-1000mA，持续轰击；

6)、旋转沉积板14的支撑杆1，使沉积板14以每分钟2-30转的速度旋转，沉 积蒸发到板上的低硼多晶硅7；

7)、通过填料口5向石墨坩埚8中补充高硼多晶硅6，保证反应的持续进行；

8)、待沉积结束后，关闭电子枪13，继续抽真空10-20分钟；

9)、依次关闭扩散泵16、罗兹泵15、机械泵2，打开放气阀11，打开真空盖3， 从沉积板14上取出硅材料；

该装置由真空盖3、真空圆桶4构成装置的外壳，真空圆桶4的内腔即为真 空室12，真空室12内装有熔炼系统，熔炼系统由电子枪13、石墨坩埚8、水冷 铜托盘9组成，石墨坩埚8安放在水冷铜托盘9上，水冷铜托盘9由水冷支撑 杆10支撑，石墨坩埚8上侧面安装有电子枪13，沉积板14与支撑杆1相连安 装在真空盖3的内部，支撑杆1与真空盖3连接，焊牢，填料口5安装在真空 圆桶4的右侧部；放气阀11安装在真空圆桶4的左侧部，水冷支撑杆10安装 在真空圆桶4的底部相连；机械泵2、罗兹泵15和扩散泵16分别安装在真空盖 3上部。

该装置中的沉积板14的材质为硅材料、陶瓷或其他与硅润湿性低的材料。

本发明的显著效果是可以将分凝系数较大的硼用电子束熔炼去除，解决了 当前使用冶金法无法有效去除硼的技术瓶颈，有效提高了多晶硅的纯度，达到 了太阳能级硅的使用要求，其提纯效果好，技术稳定，方法简单，有利于大规 模生产。

附图说明