[发明专利]一种太阳能级硅的歧化反应制取法

说明书

技术领域

本发明属于硅的纯化的技术领域，具体涉及到一种利用一氧化硅歧化反应制取太阳能电池用多晶硅的方法。

背景技术

太阳能电池用多晶硅必须是杂质总含量低于1ppmw、纯度达到6N(即99.9999wt％)的高纯硅，用它制作太阳能电池时，方可确保达到所需要的光电转换效率；而且在长期使用过程中不会发生明显的衰减。

多年以来，世界各大公司生产太阳能级硅的方法主要是西门子法，即热化学气相沉积(CVD)法。这一方法的工艺流程是：第一步用盐酸或氯气同工业硅反应生成三氯氢硅或四氯化硅；第二步用蒸馏法提纯三氯氢硅或四氯化硅；第三步在还原室内用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅得到高纯硅。对于我国来说，主要的问题就出在第三步还原反应上，一是收得率还不到20％；二是未完全反应剩余的剧毒三氯氢硅、四氯化硅和易燃、易爆的氢气不易分离和处理。目前，我国新建的多家大型多晶硅厂都因为未能掌握西门子法的核心技术，其结果是环境污染严重而被迫停产，劳民伤财，却得不到预期的效益。近年来，由于世界能源危机和低碳经济发展的推动，各国对光伏产业均日益重视，从而使得太阳能级硅的需求量激增，价格急剧攀升，并且一直居高不下。在这种形势下，寻找更为适合我国光伏产业发展的制取太阳能级硅的新方法就显得极为重要！

中国专利ZL200710012825.5提出了《一种太阳能电池用多晶硅制造方法》，在该专利中，我们采用了一氧化硅歧化反应、酸浸分离和真空熔炼的手段，成功地用化学-物理相结合的方法制取了6N级的多晶硅。由于屏弃了西门子法所采用的氯化、蒸馏手段去除硅中的硼和磷两种结构性杂质(即晶格杂质)，既降低了生产成本；又消除了环境污染，具有极佳的社会效益和经济效益。

然而，在实施该专利的大规模生产实践中，我们发现还可以进一步简化其生产工序。这样，在确保产品质量的前提下，还能大大节约设备投资和降低生产成本，取得更好的经济效益。

发明内容

本发明的目的是在中国专利ZL200710012825.5的基础上，发明一套新的太阳能级多晶硅生产工艺，通过简化生产工序，在不影响产品质量的前提下，用以大大节约设备投资并降低多晶硅的生产成本，从而推动我国光伏产业的健康发展。

本发明所提出的太阳能级硅的歧化反应制取法，其特征在于它由如下步骤组成：

(一)将二氧化硅和工业硅用气流磨分别粉碎成二氧化硅和工业硅的微粉，使其粒度达到50～200目；

(二)将粉碎后的二氧化硅和工业硅微粉分别置于浓硝酸中浸泡并搅拌1～4小时；

(三)滤去硝酸后，将上述经过浓硝酸处理过后的二氧化硅和工业硅微粉用纯净水冲洗1小时以上，，再在真空室中加热烘干；

(四)将烘干后的二氧化硅和工业硅微粉按摩尔比1∶1的配比均匀混合；

(五)将混合均匀的二氧化硅和工业硅微粉装入包套中，再用热等静压装置热压固结成块；

(六)将热压成型后的二氧化硅、工业硅混合固结块置于联体式真空高温歧化反应装置中进行歧化反应并制取纯度达到6N的太阳能级硅。

上述步骤(二)中，由于硅和二氧化硅均不溶于水和硝酸，而硼和磷经过浓硝酸浸泡后，则可通过下述反应分离析出：

B+3HNO₃(浓)＝H₃BO₃+3NO₂

P+5HNO₃(浓)＝H₃PO₄+5NO₂+H₂O

上述步骤(三)中的真空室压强为10^-2托、烘干温度为150～250℃，保温1～4小时。

上述步骤(五)中包套内的压强为10^-2托，热等静压温度为700～1000℃，压力为50～120兆帕。

上述步骤(六)是在中国专利ZL201020111092.8所提供的联体式真空高温歧化反应装置中进行，其第一反应炉压强为1×10^-4托，温度为1250～1300℃；第二反应炉压强为1×10^-5托，温度为1450～1500℃。

本发明的上述步骤(二)、(三)和(四)，即把粉碎后的二氧化硅微粉和工业硅微粉分别经浓硝酸浸泡、过滤、清洗、烘干和按摩尔比1∶1配料混合均匀、包套后进行热等静压固结成块的工序；也可以改变成先按摩尔比1∶1将二氧化硅微粉和工业硅微粉配料混合后，再经过浓硝酸浸泡、过滤、清洗、烘干后包套进行热等静压固结成块的工序，但其各个步骤的连接顺序和相应的工艺参数仍然不变。