[发明专利]一种冶金硅造渣除硼提纯方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种冶金硅造渣除硼提纯方法。

背景技术

硼（Boron，B）是太阳级多晶硅中常用的受主杂质。太阳电池级多晶硅中B含量一般要求在0.3ppm以下，B含量过高会导致是多晶硅电阻率下降并产生光致衰减等负面作用，影响太阳电池的转换效率和稳定性。工业硅中硼含量一般在10到40ppm之间，必须经过提纯才能使用。目前高纯多晶硅的制备主要采用西门子法，该法属于化学法提纯，工艺复杂、前期投资大，建设周期长，能耗大，污染严重，因而探寻新的直接对工业硅进行提纯的方法成为目前太阳级多晶硅行业研究热点之一。

冶金法因具备工艺简单、成本较低的优点极具发展潜力。目前主要的冶金除硼工艺包括吹气法、造渣法、等离子体法以及结合真空技术、感应加热技术的等离子法或吹气造渣法等。诸多方法中以造渣法要求设备最为简单，最容易工业化推广。因而造渣法最具现实的研究价值和应用前景。其的机理大概可分为两类。一是气相除硼，即将多晶硅中的硼元素转化成具有较高蒸汽压的硼的化合物，如氢化物、氧化物及氢氧化物等。二是渣相除硼，即将多晶硅中的硼元素转化成可与渣相相结合的化合物，主要为氧化物。其理论依据是硼的氧化物为酸性氧化物，可被碱性物质吸收，与渣相结合，连同渣相一并去除。

美国专利US5788945（Anders Schei, Method for refining of silicon）公开了一种通过向硅液连续添加助渣剂的方法，使硅中B含量从40ppm降低到1ppm，所用助渣剂成分为60%CaO和40%SiO₂。

美国专利US200501391485（Fujiwara Hiroyasu et al., Silicon purifying method, slag for purifying silicon, and purified silicon）公开一种除B方法，该法采用吹气与造渣同时进行的工艺，使硅中B含量从7.4ppm降低到0.8ppm，所用助渣剂成分为CaO和SiO₂。

专利CN101671023A公开了一种多晶硅除硼提纯方法，可将多晶硅中硼含量从15ppm降低到0.18ppm。该方法采用了两种造渣剂，其中第一种为Na₂CO₃+SiO₂；第二种为CaO+CaF₂+SiO₂，工艺要求真空条件。

上述工艺在工业应用中存在以下问题：(1)、吹气或抽真空对设备要求较高；(2)、不加CaF₂的渣系其除硼效果仍难达到太阳级多晶硅的要求，而CaF₂的加入对坩埚设备腐蚀较为严重；(3)、选用两种或两种以上的渣系的复式造渣法使工艺复杂化，不利于工业推广。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种冶金硅造渣除硼提纯方法，该方法不需要复杂的吹气设备，简化了工艺设备，降低了成本， 便于工业化应用。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种冶金硅造渣除硼提纯方法，选取冶金硅料，加热至全部熔化成硅液，调节硅液的温度，然后加入三元造渣剂，经搅拌和保温反应后去除硅液表面的浮渣，将硅液静置后进行浇铸即可获得B含量满足太阳能级要求的多晶硅。

本发明提供的冶金硅造渣除硼提纯方法，优选为含以下步骤：

(1) 选取冶金硅料作为原料硅，将原料硅加热至全部熔化成硅液；

(2) 调节硅液的温度，将预制好的三元造渣剂分批投入所述硅液中，每批加入三元造渣剂的硅液经搅拌和保温反应后均需去除硅液表面的浮渣；

(3) 将硅液静置后进行浇铸即可获得B含量满足太阳能级要求的多晶硅。          

本发明步骤(1)中所述的冶金硅料中初始B含量为6~35ppm。

本发明步骤(1)-步骤(2)中用石墨坩埚先逐步提高中频感应功率将冶金硅料全部熔化成硅液，然后降低中频炉功率，保持硅液温度。