[发明专利]利用级联过程纯化硅的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年8月21日提交的美国临时申请No.61/235,861和2010年3月23日提交的美国专利申请No.12/729,561的权益，上述申请以全文引用的方式并入本文。

背景技术

目前，通过使用太阳能电池将阳光转变成电能的能力，太阳能电池被用作能源。硅几乎专门地用作这类光伏电池中的半导体材料。当前对太阳能电池的使用上的重大限制在于将硅纯化至太阳能等级(solar grade)(SG)的成本。考虑到目前的能量需求和供应限制，对于将冶金等级(MG)硅(或者具有多于太阳能等级的杂质的任何其他硅)纯化成太阳能等级硅的更经济有效的方法存在着巨大的需求。

在使用金属溶剂来纯化材料的过程中，有价值的材料与杂质一同留在金属溶剂中。例如，在使用溶剂金属的硅纯化过程中，有价值的硅留在副产物中。重复尝试将硅分步结晶会造成硅在副产物中的损失成比例地增加。公司和研究小组已致力于使用冶金方法来制备精炼冶金(UMG)硅，所述冶金方法涉及各种湿法冶金过程和火法冶金过程。许多这些方法受限于它们难以降低磷相对于硼的量。最终，这产生具有过量的磷的最终材料。在纯化之后，在UMG硅中磷的量高于硼的量(以ppmw计)，且磷的量通常高于硼的量2-3倍(以ppmw计)。

通常，大多数的太阳能电池使用硼含量高于磷含量的P型半导体制成。所述UMG硅定向地凝固成晶块(boule)或多晶锭。由于硼和磷的分凝系数的差异，所述UMG硅的定向凝固增加了所述锭顶部的磷含量。所述浓度转变可能导致在高磷浓度区域和较低磷浓度区域之间形成P/N转变，从而降低收率，并且还可能导致电阻率随锭高度而变化。大多数不由UMG硅制成的太阳能电池通过将P型含硼掺杂剂加入经西门子法纯化的硅中而制成。

附图说明

在附图中(所述附图并不必然地按比例绘制)，类似的数字在这几个视图中始终描述实质上相似的组分。带有不同文字下标的类似数字代表在实质上相似的组分的不同情形。作为例子而不作为限制，这些附图通常图示说明了在本文中讨论的各种实施方案。

图1图示说明了根据一些实施方案利用三程级联过程来纯化硅的方法的流程框图。

图2图示说明了根据一些实施方案利用三程级联过程来纯化材料的方法的图。

图3图示说明了根据一些实施方案利用三程级联过程来纯化材料的方法的流程框图。

图4图示说明了根据一些实施方案利用三程级联过程来纯化硅的方法的图。

图5图示说明了根据一些实施方案的用于硅纯化的级联过程的第一程细节。

图6图示说明了根据一些实施方案利用三程级联过程来纯化硅的方法的流程框图。

图7图示说明了根据一些实施方案利用四程级联过程来纯化硅的方法的图。

发明内容

本发明提供了一种用金属溶剂来纯化材料的方法。本发明的实施方案包含益处和优势，如更低的杂质量以及在经纯化的材料中更加均一的杂质浓度。所述方法可提供具有更加均一的品质的经纯化的材料，从而可能更加完全地利用所述经纯化的材料。另一个益处可包括，可用于生成更高品质的产品的经纯化的材料的制备。在回收母液的实施方案中，所述方法可浪费更少的待纯化的材料，并可更有效地使用金属溶剂。