[发明专利]用于使硅脱氧的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使硅颗粒脱氧的新型方法。

背景技术

最普遍用于生产光伏电池的材料为块体形式的硅，其占当前市场的80％。 这些电池由大约200μm厚的被称为晶圆的基底构成，该晶圆通过锯切块体硅锭 而获得。

当前利用两种技术切割硅锭。第一种方法使用线材，通过夹带，该线材运 送基于聚乙二醇(PEG)和碳化硅颗粒的磨料混合物(被称为研磨液)，以便切 割和研磨硅块。最近出现的第二种方法使用附有金刚石碳颗粒的线材。其可以 快速切割硅块，允许更好地控制晶圆的厚度，以及产生较少的表面缺陷。

这种切割步骤通常伴随有大约30％至40％的粉末形式的材料的损失(称为 截口损失)，于是这占了太阳能电池的成本的重要份额。

针对降低这些成本的目标，重要的是将在锯切块体锭期间产生的硅粉回收 利用。

无论保留什么切割技术，源自锯切的硅粉的回收利用，在硅粉与冷却流体 (被称为冷却剂-水基产品)分离之后以及在硅粉与碳化硅颗粒(仅对于上述第 一种切割方法)分离之后，需要针对去除已形成的二氧化硅(SiO₂)层的表面脱 氧步骤。

的确，只有脱氧粉末(即具有尽可能低的氧含量、理想上具有相对于粉末 的总重量按重量计小于或等于10％的氧含量的粉末)可作为太阳能级或电子级 的与标准材料的混合物而被再引入到锭生成线中。

出于降低被回收利用的硅粉中的氧含量的目的，已提出一些技术。

最普遍用于获得锯切粉末的脱氧的方法为通过酸侵蚀对颗粒表面进行化学 处理。这些处理利用氢氟酸(HF)作为脱氧剂[1]。

该方法证明是有效的，且可以实现氧含量水平为约1％。然而，脱氧动力学 基本上取决于酸溶液中的HF含量。此外，该方法表现出不适合于运用到工业规 模，这是由于氢氟酸为必须回收的极高毒性的酸，大量氢氟酸被用于实现上述 产率。

表面二氧化硅也可通过硅本身被还原。根据下面的反应：SiO₂+Si→2SiO， 在低压下且在1000℃至1300℃的温度下，或者在大气压力下且在约1600℃的 温度下，发生通过硅还原二氧化硅，以得到作为反应产物的气态一氧化硅SiO。 然而，通过SiO形式的硅的挥发，该反应伴随有大量的材料损失，进而得到非 常低的材料产率。

同样地，根据总反应：3SiO₂+4Al→2Al₂O₃+3Si，在范围在200℃和850℃ 之间的温度内，也可以通过铝实现二氧化硅的还原(被称为铝热法的方法)。然 而，源自该反应的硅与过量的还原剂形成合金[2]，从而大大地使还原剂的回收 复杂化。类似的反应流程也在作为还原剂的镁或钙的存在下而出现。

最后，从现有技术[3，4]中也已知使用利用氢作为还原剂的等离子体放电。 氧化金属的还原通常遵循下面的反应流程：

Me_xO_y+2nH→Me_xO_y-n+nH₂O

通过等离子体放电可以获得激发氢的源。氢作为与运载气体(通常为氩气) 的混合物而被引入，并在电场的作用下离解。例如，利用微波放电，已可以通 过将氢原子引入到氧化物基质中来将TiO₂形式的钛氧化物还原成TiO形式。

此外，热等离子体方法因其对于具有60μm至120μm的粒径的冶金级硅粉 尤其在硼方面和在金属杂质方面的提纯问题的应用而闻名[5]。

然而，这种类型的等离子体放电的使用对于硅锭锯切颗粒的粒径范围证明 是不可能的。的确，由于等离子体流的高焓，该处理导致颗粒全部蒸发。

因此，当前可用于源自锭的锯切的硅颗粒的脱氧的技术的应用不是令人满 意的，或者甚至从例如这些颗粒的特性的角度，特别在尺寸方面，也在产率或 所用产品的毒性方面可以设想，该应用不是令人满意的。

发明内容

本发明的目的恰恰在于提供满足上述需求的方法。

因此，本发明涉及用于使硅颗粒脱氧的方法，至少包括下列步骤：

(i)获取具有平均尺寸小于或等于10μm的表面氧化的硅颗粒，

(ii)将所述颗粒配制成平均尺寸范围为20μm至300μm的聚集体的形式，