[发明专利]一种提纯硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制取高纯硅的方法，所制高纯硅用于太阳能电池。

背景技术

太阳能发电分为光热发电和光伏发电，通常说的太阳能发电指的是太阳能光 伏发电。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的 一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，而制备太阳能电池的关键在于制 备高纯硅。

避开现有技术中高成本、高能耗、环保负担重的改良西门子法(化学法)，采 用物理法制取用于太阳能电池的低成本、低能耗、环保负担轻的高纯硅，这是促 进光伏发电向主体能源转化的长期追求。

已初见成效的物理法大体上是两类提纯方法的组合。第一类是可以除去硅中 绝大多数杂质，提高硅整体纯度的定向凝固和区域熔化法。这是物理法中的基础 方法。第二类是针对第一类方法难以除掉的硅中电活性杂质硼、磷的专项提纯方 法。两类方法互补加合已制备出能制造出太阳能电池的高纯硅。从实际效果看， 所制出的太阳能电池存在光电转换效率不够高和出现快衰退现象的缺陷，这表明 现有技术制得的高纯硅中的杂质含量尚不稳定，硅的纯度也仍需进一步提高。因 此，两类提纯方法都有待进一步改进。

现有除硼、磷的方法可分为：酸洗法、氧化法、高温真空蒸发法(1500℃以 上)和定向凝固法。酸洗法、氧化法和蒸发法只限于在固体硅和熔融体硅的表面 上进行，反应的持续进行是依靠在硅体内浓度很低(百万分之几)的硼、磷原子 的浓差扩散维持，单次操作的效果有限。高温蒸发过程还会带来环境对硅的污染。 由于硼、磷的分凝系数比较大，单次定向凝固的提纯效果也不好。再者，现有去 除硼和磷的方法中还没有一种能同时去除硼和磷两种杂质的方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种新的提纯硅的方法，可以同时有效去除硅中的 有害杂质硼和磷，并能同时降低硅中其他杂质的含量，将4N级(即纯度为99.99％， 下同)或5N级(即纯度为99.999％，下同)硅的纯度进一步更高，更好地满足太 阳能电池对高纯硅的要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种提纯硅的方法，其步骤如下：

(1)将由4N或5N级铝和4N或5N级硅制备的铝硅合金和待提纯硅紧密接 触地置于封闭环境后抽真空，当气压低于10^-2Pa时加热，铝硅合金熔化形成铝硅 熔体；

(2)控制加热装置，使铝硅熔体和待提纯硅的界面温度达到900℃，且铝硅 熔体的自由端温度达到800℃，此后保持恒温，使铝硅熔体的自由端析出提纯硅；

(3)提纯硅的结晶开始析出后，与析出硅的生长速度同步地调整加热装置， 保持铝硅熔体两端的温度；

(4)当待提纯硅溶解完毕时，降温至室温，恢复气压后取出炉料，将析出的 提纯硅切下。

如上所述的提纯硅的方法，其中，所述铝硅合金制备方法如下：

取4N或5N级铝和4N或5N级硅，按照硅为26％、铝为74％的重量百分比 混合，将铝硅混合物在气压低于10^-2Pa的条件下熔化，当铝硅混合均匀后，迅速 停止加热，冷却后得到铝硅合金。

如上所述的提纯硅的方法，其中，所述待提纯硅的重量为所述铝硅合金的重 量的80％-120％。

另一种提纯硅的方法，其步骤如下：

(1)将4N或5N级铝和待提纯硅紧密接触地置于封闭环境后抽真空，当气 压低于10^-2Pa时开始加热，当铝和硅的温度均达到800℃时保持恒温，使部分硅溶 解在铝中形成铝硅熔体；

(2)待溶解在铝中的部分硅溶解均匀后，控制加热装置，保持铝硅熔体温度 为800℃，而将未溶解硅的温度提升，当铝硅熔体和硅的界面温度达到900℃时， 溶质硅开始向铝硅熔体一侧扩散，并析出提纯硅；

(3)提纯硅的结晶开始析出后，与析出硅的生长速度同步地调整加热装置， 保持铝硅熔体两端的温度；

(4)当待提纯硅溶解完毕时，降温至室温，恢复气压后取出炉料，将析出的 提纯硅切下。

如权利要求4所述的提纯硅的方法，其中，所述待提纯硅的重量与所述铝的 重量比为106％-146％∶74％。

本发明的有益效果为：