[发明专利]一种工业硅湿法除P的方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种冶金法制备太阳能级硅的技术领域，特别涉及工业硅去除杂质P的领域，更具体的涉及一种到成本低、设备简单、能耗省的湿法去除工业硅

中杂质P的方法。属于用湿法冶金法提纯制备太阳能级硅技术领域。

技术背景

高纯硅是光伏发电的主要材料，光伏电池大多数使用的都是高纯度的多晶硅或单晶硅。市场对高纯硅的需求仅光伏发电每年都以超过30%的速度递增。

目前，太阳能级高纯硅主要依靠西门子法生产，该法制备出的硅纯度虽然较高，但工艺复杂、前期投资大，建设周期长，能耗大，中间产品SiHCl₃或副产品SiCl₄有毒，对环境污染较大，生产过程大量使用液氯，氢气，安全隐患突出。冶金法是近几年发展起来的一种新方法，提纯制备太阳能级硅成本相对较低，环保性能好，有望实现太阳能级硅的大规模生成和应用。

冶金法制备太阳能级硅是以工业硅（纯度为98.5%-99.5%）为原料，采用酸洗、造渣、真空蒸馏、电子束熔炼、感应熔炼、定向凝固等方法去除工业硅中的杂质，使硅的纯度从2N提高到6N。在冶金法制备太阳能级硅中，绝大数金属杂质都可以通过酸洗和定向凝固等方法除去，但是B和P由于分凝系数（分别为0.8和0.35）较大，难以在晶界和裂纹处形成杂质相，酸洗很难去除，定向凝固效果也很差。目前，针对这些难处理杂质，都单独采取方法处理。

目前采用的去除方法有真空除磷、合金定向凝固除磷以及造渣酸洗联合除磷等，但真空除磷是最有效和常见的方法。Kichiya Suzuki等[Kichiya Suzuki, Kouichi Sakaguchi, Toshio Nakagiri, et al Gaseous removal of phosphorus and boron from molten silicon[J].J Japan Inst Metals,1990,54(2):161]在0.027Pa真空条件下熔炼3.6ks，将金属硅中的磷含量从32×10^-4％降到(6～7)×10^-4％。Noriyoshi Yuge等[Noriyoshi Yuge, Kazuhiro Hanazawa , Kohji Nishikawa, eta1. Removal of phospho- rus, aluminum and calcium by evaporationin molten silicon[J]. Nippon Kinzoku Gakkaishi/J Japan Institute of  Metals,1997,61(10):1086]在1915K、真空度8.0× 10^-3～3.6×10^-2Pa的条件下将磷的含量降低至0.1×10^-4％以下。Masao Miyake等[Masao MJyake，Tomoaki Hiramatsu，Masafumi Maeda．Removal of phosphorus and antimony in silicon by electron beam melting at low vacuum[J].J Japan Institute of Metals，2006，70(1)：43]采用电子束在5～7Pa真空条件下熔炼1h，磷从2×10^-2％降到0.1×10^-4％。郑淞生等[郑淞生，陈朝，罗学涛. 多晶硅冶金法除磷的研究进展[J].材料导报,2009, 23 (10):11-14,19.]在温度1873K、真空度0.012～0.035Pa的条件下熔炼lh，使硅中的磷杂质从15×10^-4％降低到8×10^-6％。Takahiro Miki等[Takahiro Miki，Kazuki Morita, Nobuo Sano. Thermodynamics of phosphorus in mo-  lten silicon[J]．Metall Mater Trans B, 1996, 27B: 937]对真空除磷的热力学原理进行了深入研究，得出当硅中磷含量小于5×10^-3％时，磷主要以单原子的形式挥发的结论。真空除磷方法虽然效果较好，但温度较高，又要在真空条件下进行。因此能耗较大，成本高，不利于冶金法的推广发展。

发明内容