[发明专利]一种抬包精炼制备低磷硼多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅提纯技术领域，特别是涉及一种抬包精炼制备低磷硼多晶硅的方法。

背景技术

光伏能源是21世纪最重要的新能源之一。近年来，全球光伏产业高速发展，世界各国为了满足光伏产业的迅速发展，都致力于开发低成本、低能耗的太阳能多晶硅新制备技术和工艺，例如改良西门子法、新硅烷法、硫化床法、冶金法等。其中，冶金法提纯多晶硅工艺相对简单，成本低廉，且对环境造成的污染相对较小，已成为太阳能级多晶硅的主要发展方向。

正常的中频炉造渣，原料是固体工业硅（抬包接硅液凝固后），其原理是将硼氧化成氧化硼进入SiO₂渣里，工艺流程为：加热化硅——投造渣剂、熔化——倒出硅和渣、凝固。

针对冶金法多晶硅中的P、B，由于分凝系数大，难以去除的难题，国内大部分厂家普遍采用等离子或造渣除硼技术，对矿热炉冶炼出来凝固后的固态金属硅进行重新熔化精炼，能耗大，成本高。因此，如何充分利用矿热炉出硅液体的热量，在抬包中采用通气和造渣的方式进一步去除硅中难除杂质P、B、Al、Ca，避免重新化硅的热量损耗，节省电能进一步降低成本，以及抬包没有供热而造成的造渣剂用量高，易粘包，不能完全熔化等问题，是冶金法多晶硅提纯工艺中的一个难题。

专利CN102344142A公开了一种去除硼的硅提纯方法，通过将硅加热重新熔化成硅液，采用通气和造渣的方法去除硅中硼杂质。专利CN101671023A公开了一种多晶硅除硼提纯方法，通过采用中频炉感应加热将硅熔化成硅液，通过二次造渣去除硅中硼杂质。上述专利均采用将硅重新熔化的方法，进一步提纯多晶硅，耗能大，成本高。

专利CN102583389A公开了一种炉外精炼提纯工业硅的方法，通过在自带加热系统的抬包中吹混合精炼气体和以SiO₂-CaO为基础渣的复合渣系的气固混合物，实现炉外精练。由于自带加热系统的抬包，设计困难、易损坏、成本高且SiO₂-CaO复合渣系除硼效果差，用量多，不适合工业上推广。

CN102001662A公开了一种去除工业硅中硼、磷及其它杂质的综合利用方法，该方法为采用湿法冶金、氧化造渣和电子束熔炼去除多晶硅中硼、磷及其它杂质。包括：用湿法冶金酸洗方式去除硅中的杂质获得低杂质多晶硅，再用中频感应加热对低杂质多晶硅进行氧化造渣熔炼，通过造渣剂的氧化方式去除多晶硅中的杂质硼，从而获得低硼多晶硅，再次用电子束熔炼去除低硼多晶硅中的磷杂质获得低金属低硼低磷多晶硅。该法中应用的造渣剂为Na₂CO₃-SiO₂-Ca体系。应用该法可将B含量5～10ppm、P含量40～70PPM、金属杂质含量2000～3000ppm的2～3N工业硅，通过湿法冶金、氧化造渣、电子束熔炼等一系列综合工艺流程生产出B＜0.3ppm、P＜0.5PPM、金属杂质＜1ppm的高纯多晶硅，进而达到太阳能级多晶硅的铸锭入炉料使用要求。该方法操作步骤繁琐，而且将造渣剂直接投入硅液中，损失大。

CN102583386A公开了一种掺杂氯化物的渣系去除工业硅中硼磷杂质的方法，涉及工业硅的提纯方法。将工业硅加入石墨坩埚中；启动中频感应电源加热，按功率增加依次添加造渣剂到石墨坩埚中；待物料熔化后，维持功率不变，反应温度控制在1600～1800℃，使硅液和造渣剂混合反应；造渣充分后，降低中频频率，将渣系倒入应接水箱中，水冷后硅与渣基本分离，取样经等离子电感耦合质谱仪分析测量硅中B，P杂质含量。所述造渣剂组分主要为Na₂CO₃-SiO₂-RCl（CaCl₂、MgCl₂、AlCl₃），通过所添加的氯化物组分的特殊作用，并且结合新的工艺流程，最低能将多晶硅中杂质B的含量降到0.2ppm，P的含量降到1ppm。但是由于氯化物的特点是易挥发，采用固体氯化物造渣剂直接投入工业硅中，损失大。

综上所述，对于如何充分利用矿热炉出硅液的热量，在抬包中采用通气和造渣的方式进一步去除硅中难除非金属杂质杂质P、B和金属杂质Al、Ca，避免重新化硅的热量损耗，节省电能进一步降低成本，以及抬包无法供热而造成的造渣剂用量高、化渣量少、易粘包、不能完全熔化等问题并没有提出很好的改进措施，有鉴于此，特提出本发明。

发明内容