[发明专利]一种去除硼的硅提纯方法

说明书

技术领域

本发明属于硅提纯技术领域，尤其涉及一种去除硅中硼的硅提纯方法。

背景技术

为了符合太阳能电池的需要，太阳能级硅中的硼含量必须小于0.3ppmw。

工业硅是太阳能级硅生产的重要原料，但其含有大量杂质元素，如Al、Ca、Fe、C、P、B等。其中尤其P、B很难去除，这是因为P、B在硅中的分凝系数分别为0.35、0.8，远远高于金属元素。对于P杂质，最有效的方法是利用P在真空下的蒸汽压随温度升高而很快增加的特点，采用真空冶炼法除磷。而真空冶炼法对于B杂质，基本没有效果。

目前去除硼的主要方法有：热等离子法、氧化造渣法、吹气精炼法等。该三种方法除硼的效果并不能满足太阳能级除硼的效果。

热等离子法一般是在熔融硅液表面上施加等离子体，该方法还具有设备复杂、耗电量高、成本高、材料消耗大、反应时间长、产量小等缺点。

氧化造渣法一般是在硅液中加入造渣剂，使B转入渣相，从而从硅中分离。一般的造渣剂为Na₂CO₃、CaO、CaCO₃、CaF₂、BaCO₃、Ba(OH)₂。但是，现有的氧化造渣法需要的造渣剂量很大，反应时间长且带入较多的其它杂质。

吹气精炼法一般为向硅液中通入混合气体，混合气体将硅液中B转化为可挥发去除的物质而达到去除目的。而吹气精炼则可以实现耗能少大产量化生产，但硅原料的损失量很大。

所以亟需研发一种新除硼方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中硅中除硼的方法，硅原料损失大，能耗高、成本大、除硼效率差等问题；从而提供一种硅损失少、能耗低、除硼效率高的去除硼的硅提纯方法。

一种去除硼的硅提纯方法，其包括如下步骤：

(1)将原料硅加热熔融形成硅液，保持硅液温度在1600～1800℃，然后向硅液中通入混合气体和加入造渣剂，对硅液进行熔炼；

所述混合气体包括载体气体、氧气以及水蒸气；所述造渣剂为偏硅酸钠；

(2)将熔炼后的硅液，冷却铸锭，切除杂质富集部分。

本发明所提供的去除硼的硅提纯方法，使精炼时间大大缩短，并且硅原料的损失也大大减小，提高提纯硅的产率。提纯后的硅中硼含量低，除硼效率高。并且没有新的杂质引入，对于金属杂质也有一定的去除效果，进一步可以提高硅的纯度。本发明的方法所需设备简单，不需要等离子等高能设备，能耗低。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种去除硼的硅提纯方法，其包括如下步骤：

(1)将原料硅加热熔融形成硅液，保持硅液温度在1600～1800℃，然后向硅液中通入混合气体和加入造渣剂，对硅液进行熔炼；

所述混合气体包括载体气体、氧气以及水蒸气；所述造渣剂为偏硅酸钠；

(2)将熔炼后的硅液，冷却铸锭，切除杂质富集部分。

其中，本发明除硼前的原料硅可以是2N～5N级。

本发明的原料硅优选工业级硅(2N级)。一般工业级硅中硼含量约为10～20ppmw。

本发明对于原料硅的形状没有限制，可以是硅粉也可以是硅块。

优选情况下，先将硅置于石墨坩埚的感应炉中，在感应炉功率为60～80KW下，加热使硅熔融形成硅液；然后将硅液转入石英坩埚中，加热到1600～1800℃。并对体系抽气减小压强。然后在熔炼过程中一直保持硅液的温度在此范围内。

其中，本发明混合气体中的载体气体作用是：稀释氧气以及水蒸气，可以增大混合气体的流量。

载体气体可以是各种惰性气体，例如氮气、0族气体。本发明优选氩气。

更优选情况下，混合气体中的各气体比例为：氩气、氧气以及水蒸气的体积比为93～60∶2～15∶5～35；更优选为80～65∶5～10∶15～30。

优选情况下，本发明采用多孔旋转喷嘴向硅液中通入混合气体。

在通入混合气体之前，优选将多孔旋转喷嘴在硅液表面进行预热，预热时间最好在4～6min。然后将预热好的多孔旋转喷嘴插入到硅液中，优选多孔旋转喷嘴插入到距离容器底部15～25mm的地方。

通气开始后，多孔旋转喷嘴的转速优选为200～500rad/min。