[发明专利]一种大颗粒冶金硅料金属杂质的去除方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种大颗粒冶金硅料金属杂质的去除方法。

背景技术

冶金硅是生产太阳能级硅的初级原料，其中的典型杂质有Fe，Al，Ca等金属元素和B、P等非金属元素，杂质含量大概在103ppm到104ppm之间。当冶金硅作为太阳能电池的原料时，这些杂质会增加硅晶粒界面处光生载流子的复合程度，从而影响太阳能电池的光电转换效率。而一般太阳能电池所需要冶金硅中杂质浓度至少低于1.0ppm以下。传统的提纯法包括化学提纯和物理提纯。西门子法属于典型的化学提纯法，为工业化生产普遍采用，其提纯效果较好，能达到集成电路级的纯度要求，但是其技术复杂，资金投入量大，生产成本高。其他化学方法也具有类似的特点。物理法也叫冶金法，典型的冶金法包括：定向凝固法，真空精馏法，造渣法，等离子体熔炼法，电子束法，湿式冶金法。冶金法的一般特点是：投资少，生产周期短，生产成本低，但单个方法除杂效果不佳，往往需要结合其它冶金法才能达到生产要求。

湿式冶金法，也称酸浸法。其基本工艺是将硅粉碎至一定的粒径，然后通过一定的浸出剂，主要是HF和HCl或两者的混合酸，在一定的压力和温度下反应，将金属杂质浸出。此种方法操作简单，成本低廉，易于生产。昆明理工大学的马文会等人(申请号为200710066017.7)以冶金硅为原料制备出纯度为99.99％以上的硅，该发明通过先将硅料粉碎成50-100目的硅粉后，分别放入超声波、微波场中进行冶金酸浸处理，然后在常温常压条件下酸浸5天，最后在高压釜中高压酸浸，得到满足太阳能级要求的超冶金硅，投资少，能耗低，对环境影响小。但是工艺过程相对繁多，高压酸浸对设备需求较高，并且硅料粒径较小容易扬尘，不利于后续工艺的进行。

对于大粒径硅料而言，硅料内部杂质很难扩散至表面附近从而被浸出，因而限制了酸浸的除杂效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大颗粒冶金硅料金属杂质的去除方法，该方法该方法无需将硅料深度粉碎，避免了硅料的二次污染及表面过度氧化，同时解决了扬尘无法用于后续工艺等问题，简化了工艺设备，降低了成本，增加环境友好性，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：一种大颗粒冶金硅料金属杂质的去除方法，选取冶金硅料，在反应气氛中通过高温处理使金属杂质扩散到硅料颗粒的表面或晶界处，然后再通过酸浸将扩散到硅料颗粒表面或晶界处的金属杂质除去即可。

本发明提供的大颗粒冶金硅料金属杂质的去除方法，优选为含以下步骤：

(1)选取冶金硅料进行预处理；

(2)调节反应气氛和压力，将预处理后的冶金硅料采用高温处理使金属杂质扩散到硅料颗粒的表面或晶界处；

(3)采用酸浸将扩散到硅料颗粒表面或晶界处的金属杂质除去；

(4)测硅料中金属杂质的含量，将不符合要求的硅料再次重复高温处理和酸浸步骤至硅料中金属杂质含量满足要求。

本发明步骤(1)中所述的冶金硅料的粒度为20-50目。

本发明步骤(1)中所述的预处理包括表面清洗、粉碎和筛选，所述的表面清洗为先采用HNO₃和HF的混合酸对硅料清洗1-2min，然后将硅料采用电阻率大于7MΩ·cm的去离子水进行超声波清洗10-20min，去除硅料表面的杂物，其中混合酸中HNO₃的摩尔分数为15-50％，HF酸的摩尔分数为1-5％。其中粉碎与筛选为将冶金硅水爆后放进粉碎机(内部含球磨机和电磁磁选机)粉碎2-3次，然后用筛子筛选出粒径在20-50目的粉料。

本发明步骤(2)中的反应气氛为氢气、氩气和氮气中的一种或几种。

本发明步骤(2)中的反应压力为1-100kPa。

本发明步骤(2)中所述的高温处理为先升温至800-1400℃再保温2-20h后自然冷却。

本发明步骤(3)中所述的酸浸中采用的酸为HF、HCl和HNO₃的混合酸。

上述混合酸中HF的摩尔分数分别为10-60％，HCl的摩尔分数4-20％，HNO₃的摩尔分数为0-5％。

本发明步骤(3)中酸浸处理时硅料和酸的重量比为1∶1-5，酸浸时间为10-72h。

本发明具有如下优点：本发明对于大颗粒(20-50目)具有很好的金属杂质去除效果，无需将硅料进一步粉碎，降低了能耗，同时避免了硅料深度破碎引起的扬尘，可直接用于等离子枪、电子枪等(带有真空设备)的后期除硼、除磷工艺。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1