[发明专利]物理法制备太阳能硅湿法过程的滤洗器

说明书

技术领域

本发明属于化工设备领域，特别是涉及强腐蚀、高挥发性（盐酸、硝酸、氟酸等）液固（粉体）物料操作，集过滤、洗涤及脱水为一体的物理法制备太收能硅湿法过程的滤洗器。

背景技术

多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅的需求量迅速增长。

太阳能级多晶硅是太阳能电池核心部件，其品质的好坏，决定了太阳能电池的性能。多晶硅中杂质的存在严重影响太阳能电池中的少子寿命，近而影响其光电转化效率。因此，世界各国都竞相开发低成本、低能耗的太阳能级多晶硅新制备技术与工艺，并趋向于把制备低纯度的太阳能级多晶硅工艺与制备高纯度的电子级多晶硅工艺区别开来，以进一步降低成本。

目前多晶硅生产的传统工艺有以四氯化硅为原料的锌还原、钠还原和氢还原，以三氯氢硅为原料的氢还原、硅烷热分解法、流化床法和粒状多晶硅法，以二氯二氢硅为原料的氢还原法、硅烷热分解法等。但目前传统的生产工艺对于光伏产业来说，其生产路线比较长，故得到的最后成品硅的比例相对比较低。此外其生产成本比较高，现有的工业化生产不能满足现有的需求。为此，有必要在以前的基础上进行改进，降低太阳能级硅的生产成本、寻找其生产新工艺。目前生产新工艺其包括了汽-液沉积法（VLD）、无氯技术、常压碘化学气相传输净化法、从废旧石英光纤中提取高纯太阳能级硅、冶金法。

其中，冶金法生产太阳能级多晶硅总的生产成本比化学法要低很多， 冶金法生产成本为13-15 欧元/kg ， 化学途径为20~ 25 欧元/ kg。冶金法包括区域熔融、定向凝固、造渣提纯、真空精炼（包括真空氧化精炼、真空蒸馏、真空干燥、真空脱气、真空电子束熔炼、真空定向凝固等）、电子束精炼、等离子体精炼、气吹纯化、合金化过程提纯、电解高纯二氧化硅、高纯试剂还原二氧化硅、湿法冶金等多种技术。目前正在研究用冶金的方法制备太阳能级硅的国内外公司和科研院所很多，虽然其工艺路线不尽相同，但都是利用硅和体系杂质之间的性质，把一种或几种过程有机地组合起来形成一种工艺路线，达到提纯制备太阳能级硅的目的。例如，日本的Kawasaki Steel 公司在日本NEDO 的资助下提出了以冶金级硅为原料，分两个步骤对其进行提纯（N. Yuge et . al. Purification of metallurgical - grade silicon up to so2lar grade[J ]. Progress in photovoltaics : research and applications ,2001 , 9 : 203～209.）的工艺。

本发明重点研究湿法精炼：湿法精炼的原理是利用了冶金级硅中杂质不同的分凝效应。即熔融硅在碳热反应的固化过程中，这些杂质最终在晶粒边界或硅的空隙处析出。粉碎时，硅块易于在较脆弱的硅晶粒边界破裂，绝大多数杂质将暴露在晶粒表面，硅有较强的抗酸性，因此可以在低温下，用酸浸的方法来去除晶界上的杂质，经液固分离，达到提纯的目的。

冶金级硅的纯度一般为99 %，其中的主要杂质是Al (1200～4000 ppm）、Fe (1600～3000 ppm）、Ca(400～900 ppm）、Ti (150～200 ppm）和B、P（20～60ppm）。湿法冶金技术具有常温操作，处理量大的优点。但其一般只能有效去除溶于酸的金属杂质，对B、P难以有效除去，而且处理速度慢。处理后w(Si)=99.9%～99.99%，结合其他冶金方法进一步纯化，可达到太阳能级的晶体硅w(Si) =99.9999%。因此，将湿法提纯作为太阳能级硅生产的前处理工序，可提高成品得率。德国的Heliotroic/Wacker、BayerAG等公司考虑在现有冶金法制备太阳能级硅过程中加入酸浸单元，挪威的Elkem公司已建设中试生产线（D Sarti, R Einhaus. Silicon feedstock for the multi-crystalline photovoltaic industry [ J ]. Solar EnergyMaterials and Solar Cells, 2002, 72 (1 - 4) : 27 - 40.）。

相关文献报道了酸浸提纯冶金级硅的实验研究工作，基于各自实验及表征方法的差异，对结论和机理解释有所不同。不同类型工业硅，其杂质组成不同，浸出行为各不相同。