一種去除原生多晶矽棒端面石墨的方法
2023-09-16 23:19:00 2
專利名稱：一種去除原生多晶矽棒端面石墨的方法
技術領域：
本發明一種去除原生多晶矽棒端面石墨的方法，屬於多晶矽棒料加工技術領域。
背景技術：
由於環境汙染，能源短缺，推動了太陽能光伏行業的快速發展，晶體矽太陽能電池是目 前最主要的太陽能電池，其所用原料主要有原生多晶矽、晶片加工過程中的廢料、矽片加工 過程中的邊角料等，其中原生多晶矽是主要的原料，這幾年太陽能光伏行業飛速發展，多晶 矽原料的供應非常緊俏，價格也比較高，每噸多晶矽原料的價格為300多萬。
多晶矽生長時，需用石墨夾頭夾持細長矽芯兩端，石墨夾頭作為電極對矽芯加熱，爐腔 內的氣態矽料逐步沉積在矽芯上，從而生長出多晶矽棒。隨著矽料在矽芯上的沉積，石墨夾 頭和矽芯逐步被沉積的矽料包覆，生長出的多晶矽棒兩端內嵌有石墨夾頭，因碳和矽為同一 族元素，他們的化學性質和原子結構都很相近，在高溫下相互滲透，所以去除矽棒兩端的石 墨夾頭比較困難，但這部分原料如果處理好的話也是很好的原料。
通常人們採用物理方法來去除矽棒兩端的石墨夾頭，首先將兩端砸下來，然後再敲成碎 塊，把帶碳的原料和不帶碳的原料分開，對帶碳的原料，用砂輪磨去表面的石墨，這種操作 方法需一塊一塊的研磨，相當麻煩，不利於批量加工，同時研磨石墨的過程中經常要磨掉部 分矽原料，損耗也比較大。
發明內容
本發明克服現有技術的不足，所要解決的問題是提供一種利用化學方法，方便、充分的 去除矽棒端面石墨的方法。
為了解決上述問題，本發明採用的方案為 一種去除原生多晶矽棒端面石墨夾頭的方法， 先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，再將原料破碎成小塊，然後將原生多晶矽兩 端帶碳的原料進行熱處理，再酸洗，然後水洗呈中性，最後烘乾即可；其特徵在於上述熱處 理的方法為將原生多晶矽兩端帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以8-15"/min的升溫速率 加到880-920。C ，恆溫兩小時，然後自然冷卻。
上述烘乾的方法為在110—130。C下烘烤兩小時。
上述熱處理的全過程保持通風狀態。
上述酸洗的方法為先取硝酸和氫氟酸，按重量份之比為硝酸氫氟酸=6—io : l組成
3混合酸，然後將熱處理後的原料浸入混合酸，在混合酸中浸洗原料3-5分鐘，邊浸洗邊攪拌。 上述硝酸的重量百分比濃度為70%-98%之間，氫氟酸的重量百分比濃度為35%-55%之間。
本發明的有益效果為針對物理法的不足，本發明採用化學方法來去除多晶矽原料表面 的石墨，但碳的化學性質非常穩定，常溫下很難與其它物質反應，同時因矽和碳為同族相鄰 元素，化學性質相近，分離比較困難。考慮到矽和碳的氧化產物存在很大差異，矽氧化後會 在表面形成緻密的二養化矽層，該二氧化矽層一旦形成，會將裡邊的矽包覆起來，阻止內部 反應進行，但碳氧化後生成氣態的一氧化碳或二氧化碳氣體，可以繼續反應下去，待碳反應 完以後，再採用硝酸和氫氟酸可以方便的去除原料表面覆蓋的二氧化矽層和其它雜質，從而 可以得到乾淨的矽料。我們實驗了兩種氧化方法去除石墨， 一種是常溫下用高錳酸鉀和濃硫 酸的混合液氧化原料，另一種是在馬弗爐裡加熱原料氧化。實驗發現第一種方法中使用了超 強氧化劑高錳酸鉀，容易爆炸，不太安全，同時反應速度不是很快，而本發明的方法操作簡 便，安全，氧化效果理想，所以我們採用後種方法去除原料表面的石墨。
具體實施例方式
實施例1
先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，把原料破碎成小塊，把帶碳的原料和不 帶碳的分開；再把帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以每分鐘l(TC/min的升溫速率加到900 °C ,恆溫兩小時，煅燒過程中爐腔內要留通風口，然後自然冷卻；然後將冷卻好的原料，出 爐，用不鏽鋼小刀刮掉原料表面的灰燼；再取足夠量的硝酸和氫氟酸的混合酸浸洗原料4分 鍾，硝酸的重量百分比濃度為90%，氫氟酸酸的重量百分比濃度為47%，硝酸與氫氟酸酸的重 量份之比為8:1，將原料全部浸入混合酸的液面之下，邊清洗邊攪拌原料；再用純水衝洗原 料表面的酸漬，直至原料表面為中性；然後再12(TC下烘乾兩小時，冷卻後，包裝原料即可。
實施例2
先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，把原料破碎成小塊，把帶碳的原料和不 帶碳的分開；再把帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以每分鐘15'C/min的升溫速率加到920 °C ，恆溫兩小時，煅燒過程中爐腔內要留通風口，然後自然冷卻；然後將冷卻好的原料，出 爐，用不鏽鋼小刀刮掉原料表面的灰燼；再取足夠量的硝酸和氫氟酸的混合酸浸洗原料5分 鍾，硝酸的重量百分比濃度為70%,氫氟酸酸的重量百分比濃度為55%，硝酸與氫氟酸酸的重 量份之比為10:1，將原料全部浸入混合酸的液面之下，邊清洗邊攪拌原料；再用純水衝洗 原料表面的酸漬，直至原料表面為中性；然後再13(TC下烘乾兩小時，冷卻後，包裝原料即 可。
4實施例3
先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，把原料破碎成小塊，把帶碳的原料和不 帶碳的分開；再把帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以每分鐘8'C/min的升溫速率加到880 °C ，恆溫兩小時，煅燒過程中爐腔內要留通風口，然後自然冷卻；然後將冷卻好的原料，出 爐，用不鏽鋼小刀刮掉原料表面的灰燼；再取足夠量的硝酸和氫氟酸的混合酸浸洗原料3分 鍾，硝酸的重量百分比濃度為98%，氫氟酸酸的重量百分比濃度為35%，硝酸與氫氟酸酸的重 量份之比為6:1，將原料全部浸入混合酸的液面之下，邊清洗邊攪拌原料；再用純水衝洗原 料表面的酸漬，直至原料表面為中性；然後再110'C下烘乾兩小時，冷卻後，包裝原料即可。
權利要求
1、一種去除原生多晶矽棒端面石墨夾頭的方法，先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，再將原料破碎成小塊，然後將原生多晶矽兩端帶碳的原料進行熱處理，再酸洗，然後水洗呈中性，最後烘乾即可；其特徵在於上述熱處理的方法為將原生多晶矽兩端帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以8-15℃/min的升溫速率加到880-920℃，恆溫兩小時，然後自然冷卻。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於烘乾的方法為在110—13(TC下烘烤兩小時。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於上述熱處理的全過程保持通風狀態。
4、 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於酸洗的方法為先取硝酸和氫氟酸，按 重量份之比為硝酸氫氟酸=6—10 : 1組成混合酸，然後將熱處理後的原料浸入混合酸，在 混合酸中浸洗原料3-5分鐘，邊浸洗邊攪拌。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於上述硝酸的重量百分比濃度為70%-98%之 間，氫氟酸的重量百分比濃度為35%-55%之間。
全文摘要
本發明一種去除原生多晶矽棒端面石墨的方法，屬於多晶矽棒料加工技術領域，提供一種利用化學方法，方便、充分的去除矽棒端面石墨的方法，採用的方案為先將多晶矽棒兩端帶有石墨夾頭的原料敲下來，再將原料破碎成小塊，然後將原生多晶矽兩端帶碳的原料進行熱處理，再酸洗，然後水洗呈中性，最後烘乾即可，上述熱處理的方法為將原生多晶矽兩端帶碳的原料裝石英舟，在馬弗爐裡以8-15℃/min的升溫速率加到880-920℃，恆溫兩小時，然後自然冷卻；本發明廣泛應用於批量加工多晶矽棒料中。
文檔編號C01B33/021GK101497440SQ200810080089
公開日2009年8月5日 申請日期2008年12月10日 優先權日2008年12月10日
發明者任曉軍, 李金龍, 秦海濱, 許家雲, 權 靳 申請人:山西天能科技有限公司