[发明专利]一种太阳能多晶硅铸锭的制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能多晶硅，尤其是涉及一种太阳能多晶硅铸锭的制备方法及装置。 

背景技术

随着我国经济的发展，能源和环境问题显得越来越重要，直接关系到我国今后长时间的可持续发展。我国是以煤和石油为主的能源消耗大国，而我国的人均资源相对贫乏。另外一方面，在使用煤和石油等原材料作为能源时又会对环境带来严重的污染。因此，开发利用可再生的清洁能源便成为一种非常重要的途径。其中，太阳能是最重要的清洁的可再生能源。对于太阳能的开发利用，世界发达国家予以高度地重视，如美国提出了“百万屋顶计划”，欧洲将对太阳能的利用列入了著名的“尤里卡”高科技计划中，日本先后提出了“旧阳光计划”“新阳光计划”等。而利用太阳能发电则是开发太阳能最为重要的方法。在过去的几十年中，利用太阳能发电的光伏工业得到了很大的发展，其平均年增长率在30％到40％之间，而且据估计在今后20年中其增长速度不会下降。 

多晶硅材料是以金属硅为原料，经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的电子材料，是硅产品产业链中的一个极为重要的中间产品，是制造硅抛光片、太阳电池及高纯硅制品的主要原料，是信息产业和新能源产业最基础的原材料。因此有必要大力加速发展可再生能源硅光伏产业及其基础材料——高纯半导体硅材料。定向凝固多晶硅是太阳能电池的一种主要原料，影响太阳能电池广泛使用的一个主要障碍就是成本问题，而电池的成本主要在硅片，为了降低成本，现在采取的措施主要减少硅片的厚度，减少硅片的材料用量，但是目前普遍使用的定向凝固多晶硅，是掺P或掺B的铸造多晶硅，其缺点是机械强度较低，如果减少硅片厚度，就容易使硅片在电池加工，制备，组装过程中损伤、破碎，硅片破损率增加，势必导致成本的提高。 

近年来，国内外许多研究人员致力于用物理冶金法生产太阳能级多晶硅，如日本新日铁公司(JFE Steel Corporation)的Hiroyuki Baba等人(Kato Yoshiei，Hanazawa Kazuhiro，Baba Hiroyuki，Nakamura Naomichi，Yuge Noriyoshi，Sakaguchi Yasuhiko，Hiwasa Shoichi，Aratani Fukuo，Purification of Metallurgical Grade Silicon to Solar Grade for Use in Solar Cell Wafers.Tetsu toHagane.2000，86(11)：717-724)介绍该公司制备用于光伏生产的太阳能级硅(SOG-Si)的主要方法：原料为99.5％纯度的金属硅(MG-Si)，用氩等离子体氧化去硼，真空电子束除磷，获得电阻率为1.0Ωcm的P型多晶硅，再用定向凝固的方法去除金属杂质，获得6N的SOG-Si， 再用定向凝固的方法铸锭、切片，送交制备太阳能电池。挪威Elkem公司Ragnar Tronstad等人在论文“Erik Enebakk，Kenneth Friestad，Ragnar Tronstad，Cyrus Zahedi，Christian Dethloff.Siliconfeedstock for solar cells.Patent No.：US 7381392B2，Jun.3，2008”中提出，先在熔化的硅液中加入液态的氧化物混合除渣剂清除硼(B)，凝固后粉碎成颗粒用酸洗湿法处理去除金属杂质，再在特别设计的定向凝固设备中分凝去除杂质，最后切片清洗检测出品，每锭250kg。 

对于金属杂质Fe、Al、Ti、Zn等，由于其在硅中的分凝系数比较大，因此通过严格的定向凝固可以达到很好的去除效果，基本可以满足太阳能电池的要求。