[发明专利]多晶硅的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅的生产工艺，具体涉及一种冶金法去除硼、磷、金属杂质的多晶硅的生产工艺。

背景技术

光伏产业是二十一世纪世界上增长最快的高新技术产业之一。多晶硅是全球电子工业和光伏产业的基石，用硅材料制造的太阳能电池性能稳定、寿命长，并且成本相对于其他太阳能电池较低。为了生产成本更低、性能更好的太阳能电池，以工业硅(MG-Si)为原料，利用冶金的方法进行精炼来生产太阳能级硅(SOG-Si)。太阳能级硅中含有多种杂质，其中磷、硼、金属杂质的存在严重影响硅太阳能电池的转化效率和稳定性。目前国内采用的冶金法采用大量硅料投入到坩埚内长晶，坩埚内的杂质含量是硅料内杂质含量的1000倍以上，坩埚内的杂质在铸锭过程中大量进入硅锭，从而引入杂质造成二次污染，限制了多晶硅电池的转换效率。如何降低太阳能多晶硅的成本、减少环境污染、降低生产能耗、提高硼、磷、金属杂质的除杂程度，都是广泛研究的问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种多晶硅的生产工艺，其能够有效降低硼、磷、金属杂质的含量，制备完全多晶硅，长晶错位少、晶界适量，提高多晶硅电池的转化率。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种多晶硅的生产工艺，包括以下步骤：

步骤一、在坩埚的表面从内到外依次设置第一涂层、第二涂层和第三涂层，第一涂层为硼化硅涂层、第二涂层为氮化硅涂层，第三涂层为碳化硅涂层，在所述坩埚内的底部的第三涂层上铺设有晶体硅边角料层；

步骤二、在所述坩埚中盛放熔融状态的少量多晶硅原料，控制所述坩埚的温度低于所述晶体硅边角料层的熔点，使得熔化后的少量多晶硅原料形成结晶保护层，其厚度为预先铺设的晶体硅边角料层的厚度1/3～2/5；

步骤三、真空环境下，在所述坩埚中盛放待处理的多晶硅原料，置于带有电子束发生装置的熔化炉，采用波长为1.2～1.8μm激光在80～90A、0.6～20ms、1Hz条件下辐照处理10～15min，然后控制所述坩埚内部自下而上形成递增的温度梯度，保持10～15h，得到硅熔液，以80～90℃/h的速度阶梯式冷却得到硅锭，粉碎至60目，进行酸洗，清洗后烘干，得到第一处理料；

步骤四、在真空环境下，将第一处理料进行高频感应加热，加入质量比为3～5:3～5:1的氧化钙、氟化钙和二氧化硅形成的造渣剂，所述造渣剂与所述第一处理料的质量比为16:16～25，在1500～1580℃下保持1～1.5h，得到第二处理料，然后将第二处理料进行等离子加热，通入掺有水蒸汽和氢气的氩气，在1500～1580℃下保持1～1.5h，定向凝固得到第三处理料，切除上层杂质富集区，得到目标产物多晶硅。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述第一涂层、第二涂层和第三涂层的厚度分别为30～35μm、40～45μm和50～55μm。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述晶体硅边角料层由位于下方的厚度小于3～5mm的太阳能级多晶硅片和位于上方的尺寸小于5mm的原生多晶硅碎料形成。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述步骤三中的酸洗的具体为：将硅锭质量6～8倍的酸液雾化，喷洒在硅锭表面，所述酸液为质量分数为2％的氢氟酸和质量分数5％的盐酸的混合物。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述步骤四中的高频感应加热的功率为250～300kW。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述步骤四中所述造渣剂的加入量为第一处理料的0.8倍质量，并且分成4次加入，相邻两次的时间间隔为10min。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述步骤四中氧化钙、氟化钙和二氧化硅的质量比为4:4:1。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述步骤三中所述坩埚内部自下而上形成递增的温度梯度具体为：所述坩埚的底部温度为1300～1400℃，所述坩埚的上部温度为1500～1580℃。

优选的是，所述的多晶硅的生产工艺，所述坩埚为石墨坩埚。

本发明至少包括以下有益效果：