一種提純矽廢料製備高純矽的方法
2023-12-03 22:11:31 1
專利名稱：一種提純矽廢料製備高純矽的方法
技術領域：
本發明涉及屬一種提純矽廢料製備高純矽的方法,屬於用真空冶金方法對矽廢料 回收處理技術領域，特別涉及提純矽廢料製備高純矽的方法。
二背景技術：
目前，我國可再生能源規模只有8%，未來的發展空間十分廣闊。而作為21世紀 最有潛力的能源，太陽能產業在研發、產業化、市場開拓方面都取得了長足的進展， 太陽能電池產業也成為世界快速、穩步發展的朝陽產業之一。多晶矽是電子工業和太 陽能光伏產業的基礎材料。近年來，受太陽能電池產業發展的驅動，多晶矽市場得以 迅速增長。而多晶矽巿場供不應求問題日益突出，引起了全世界的廣泛關注，因此廢 矽料的回收再利用成為太陽能級矽原料的一個重要來源。
堝底料指在拉成單晶矽棒後，殘留在石英坩堝底上的矽料，單晶矽尾料是在拉單 晶矽棒產生的尾部部分，如果是製備摻雜的N型單晶矽尾料和堝底料，則堝底料中磷 (P)和銻(Sb)等摻雜物質比較多。
目前西安隆基矽技術有限公司對單晶生產過程中產生的頭尾料、堝底料進行酸腐 蝕清洗除雜處理，對IC級廢片和廢太陽能電池片進行除介質膜、金屬層、擴散層去除 處理。處理後的矽材料可用於太陽能單晶、器件級單晶的生產；上海九晶電子材料有 限公司(一種太陽能級矽單晶用料配方及製備，專利號200510027829.1)首先對矽多 晶堝底料及單晶片料進行分類清洗，進行酸處理，然後用去離子衝洗，放入烘箱烘乾， 然後裝袋，將處理後的堝底料及單晶片料配方，將配料裝入導流筒系統或非導流筒系 統採用抽空充氬，減壓工藝進行生產，生產出太陽能級矽單晶；浙江昱輝陽光能源有 限公司(直拉法生長矽單晶產生的鍋底料的除雜方法，專利號200610155648.1)首先 將鍋底矽料破碎為顆料狀，然後酸浸處理，再用水衝洗矽粒，烘乾矽粒，將鍋底料中 雜質富積區腐蝕而去除，得到符合太陽能級技術要求的矽料。
目前經過數次復拉富積雜質被包裹或者含量高難處理的堝底料被大量廢棄，同時 又把大量單晶矽尾料重熔後復拉，經過數次復拉之後雜質被包裹或者含量高難處理的 尾料也被大量廢棄，造成了矽原料的極大浪費。所以目前迫不及待的需要尋找一種實 用性廣提純矽廢料製備高純矽的方法，對單晶矽尾料和堝底料進行提純，使其符合太陽能級矽材料的技術要求。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種提純矽廢料製備高純矽的方法，以含矽90%以上的塊
狀的單晶矽尾料或堝底料作為原料，進行真空蒸發及定向冷凝精煉提純處理，首先加 熱到原料的熔點以上，在真空狀態下保溫進行真空蒸發，去除易揮發的雜質，然後再 拉伸冷卻進行真空定向冷凝精煉提純處理，使得金屬雜質富集於一端，即除去了非金
屬雜質，又除去了金屬雜質，製備得純度在99.999%以上的高純矽。
本發明利用真空定向冷凝精煉方法對堝底料和單晶矽尾料進行提純，製備高純
矽，能滿足太陽能電池用矽純度要求，成為太陽能電池用矽原料的一個重要來源，具
有顯著的經濟意義。
本發明按以下步驟完成
(1) 以含矽90%以上塊狀的單晶矽尾料或者堝底料作為原料放入真空定向冷凝 精煉爐中，首先加熱到原料的熔點以上，在真空狀態下保溫進行真空蒸發，去除易揮 發的雜質，控制溫度為1420"C 165(TC，真空度為1.0Pa~l,10—，4真空蒸發保溫時 間為0.1h 24h;
(2) 然後進行定向冷凝精煉處理,定向冷凝精煉拉伸速度為lnm/s 1000nm/s， 冷卻方式為水冷、空冷或金屬合金液冷卻。製備得純度99.999%以上的高純矽。
本發明的有益效果是
0) 實現了廢物利用。 一般廠家經過多次的直拉單晶之後，剩餘的 堝底料當作廢物處理掉了，產生了資源浪費，利用本方法可以將其雜質去除，使其滿 足高純矽的要求，提高了其附加值。
② 生產效率高。在一個爐體中結合真空蒸發和定向冷凝精煉除雜 的方法，較好解決了單晶矽尾料和堝底料的除雜難的問題，使提純效果和生產效率有 了質的變化；
③ 製備的矽純度能滿足太陽能級電池行業用矽的要求。
四具體實施例方式
實施例一使用重摻雜堝底料或者單晶矽尾料為原料，矽含量為91wtW，其中主 要雜質成分Sb含量74120ppmw, Fe含量5000ppmw， Ca含量2600ppmw ， Al含量 5000ppmw。
將原料置於真空定向冷凝精煉爐中，首先將原料加熱到溫度為1450°C，真空度為1.0xl0^Pa，保溫0.5h，進行真空蒸發，然後以800pm/s速度拉伸，冷卻方式為空冷， 進行真空定向冷凝精煉提純處理。
實施結果重摻雜堝底料或者單晶矽尾料經過處理後，取真空定向冷凝精煉之後 錠料中部樣品，進行檢測，其純度為99.999%，其中Fe的含量為2ppmw， Al的含量 為2ppmw， Ca的含量為lppmw， Sb的含量為2ppmw，其他的雜質總量小於3ppmw。
實施例二使用堝底料或者單晶矽尾料為原料，矽含量為99wt^，其中主要雜質 成分Fe含量3500ppmw, Ca含量1000ppmw ， Al含量4500ppmw。
將原料進行初步破碎預處理後，置於真空冷凝精煉爐中，首先將樣品加熱到溫度 為1550。C,真空度為1.0xl0,a，保溫13h，進行真空蒸發，然後以20pm/s速度拉伸， 冷卻方式為水冷，進行真空定向冷凝精煉提純處理。
實施結果堝底料或者單晶矽尾料經過處理後，取真空定向冷凝精煉之後錠料中 部樣品，進行檢測其純度為99.9995%,其中鐵雜質的含量為0.8ppmw，鋁雜質的含量 為0.8ppmw，鈣雜質的含量為lppmw，其他的雜質總量小於2.4ppmw。
實施例三使用堝底料或者單晶矽尾料為原料，矽含量為99.9wt^，其中主要雜 質成分Fe含量650ppmw， Ca含量100ppmw ， Al含量150ppmw。
將原料進行初步破碎預處理後，置於真空定向冷凝精煉爐中，首先將樣品加熱到 溫度為1650'C，真空度為1.0xlO'3Pa，保溫20h，進行真空蒸發，然後以3nm/s速度拉 伸，冷卻方式為金屬合金液冷卻，進行真空定向冷凝熔煉提純處理。
實施結果堝底料或者單晶矽尾料經過處理後，取真空定向冷凝精煉之後錠料中 部樣品，進行檢測，其純度為99.9999%,其中鐵雜質的含量為OJppmw，鋁雜質的含 量為0.2ppmw，鈣雜質的含量為0.2ppmw,其他的雜質總量小於0.3ppmw。
權利要求
1、一種提純矽廢料製備高純矽的方法，其特徵在於其按以下步驟完成，(1)以含矽90％以上塊狀的單晶矽尾料或者堝底料作為原料放入真空定向冷凝精煉爐中，首先加熱到原料的熔點以上，在真空狀態下保溫進行真空蒸發，去除易揮發的雜質，控制溫度為1420～1650℃，真空度為1.0～1.0×10-4Pa，真空蒸發保溫時間為0.1～24h；(2)然後進行定向冷凝精煉處理，定向冷凝精煉拉伸速度為1μm/s～1000μm/s。
全文摘要
本發明涉及一種提純矽廢料製備高純矽的方法，以含矽90％以上的塊狀的單晶矽尾料或堝底料作為原料，進行真空蒸發及定向冷凝精煉提純處理，首先加熱到原料的熔點以上，在真空狀態下保溫進行真空蒸發，去除易揮發的雜質，然後再拉伸冷卻進行真空定向冷凝精煉提純處理，使得金屬雜質富集於一端，既除去了非金屬雜質，又除去了金屬雜質，製備得純度在99.999％以上的高純矽。
文檔編號C01B33/037GK101293653SQ200810058570
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月23日 優先權日2008年6月23日
發明者於站良, 伍繼君, 劉大春, 唐紹雨, 姚耀春, 徐寶強, 戴永年, 斌 楊, 梅向陽, 汪鏡福, 鬱青春, 郭寬新, 馬文會, 魏奎先 申請人:昆明理工大學