太陽能級矽的製備方法
2023-06-09 21:20:36 2
專利名稱：太陽能級矽的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能級矽的製備方法，屬於矽工業技術領域。
背景技術：
太陽能級矽是光伏產業最基本的原材料。其純度要求為99.99％～99.99999％，雜質最高含量不超過50ppm，一般為Fe≤5ppm、Ca≤5ppm、Al≤5ppm、B≤0.3ppm、P≤0.5ppm、Ag≤0.1ppm、Cu≤0.1ppm，目前，太陽能級矽生產及生產工藝在國外有很多報導，國內極少，報導多採用物理方法—真空熔煉或區域熔煉、或真空等離子處理、或區域熔煉加定向凝固等方法；但是採用化學除雜與物理冶煉除雜相結合製備太陽能級矽的生產工藝鮮有報導，特別是能同時保證矽的電阻率不小於2Ωcm，B≤0.3ppm、P≤0.5ppm的工藝未見報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種太陽能級矽的製備方法，該方法採用金屬矽或金屬矽粉為原材料，通過化學除雜與物理冶煉除雜相結合的方法，將矽中的各雜質元素含量降到1ppm以下，特別是磷和硼降到0.5ppm以下，電阻率不小於2Ωcm，從而製得低成本的高純矽，符合太陽能電池對矽的要求。
本發明是這樣實現的以金屬矽或金屬矽粉為原材料，先用化學方法—熱的強酸除去60～95％的硼、鐵、鋁、鎂、鈣等雜質元素，然後通過物理方法—真空熔煉除去砷、硫、碳、磷等非金屬元素和部分金屬雜質元素，再經粉碎、化學清洗、熔煉處理將各雜質元素降到1ppm以下，使電阻率≥2Ωcm，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，即得太陽能級矽。
具體的說，將冶金級工業矽粉碎或工業矽粉放入加熱至60～110℃的強酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然後加入真空感應爐，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
所述的強酸為鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
所述的高純酸是指純度高於分析純以上的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
真空感應爐的真空度為0.05～10Pa。
其中矽的純度，即雜質元素含量的檢測儀器為美國產ICP、ICP-MS或GD-MS。
本發明的原理是先通過化學方法—熱的強酸除去60～95％的B、Fe、Al、Ca、Mg、Ag、Cu等金屬雜質元素，具體為用熱硝酸和硫酸除去硼和部分金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等，用熱鹽酸除去鐵和大部分活潑金屬元素；再通過物理方法—真空熔煉除去P、As、C、S等非金屬元素和部分鋁、鈣、銅、金、鈦等金屬雜質元素，然後再經過化學與物理相結合的方法進一步將雜質元素降到1ppm以下，使電阻率≥2Ωcm，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，從而製得低成本、高質量的太陽能級矽。
與現有技術相比，本發明製備方法採用化學處理和物理處理相結合，能更有效地降低矽裡面的雜質元素；能耗較低，總的成本只有西門子法的三分之一左右；設備投資少，建設周期短，過程的環保容易克服，相同規模的投資比較少，約為西門子法的5％左右；與純物理熔煉方法比較，更容易降低B、P的含量，所得產品純度高。
具體實施例方式本發明的實施例1將市售的冶金級工業矽粉碎或市售的工業矽粉放入加熱至80℃的硝酸和硫酸中，除去硼和部分金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等，再用80℃的鹽酸除去鐵和大部分活潑金屬元素；然後加入真空感應爐(真空度0.05～10Pa)，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純鹽酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
本發明的實施例2將市售的冶金級工業矽粉碎或市售的工業矽粉放入加熱至60℃的硝酸、硫酸和氫氟酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然後加入真空感應爐(真空度0.05～10Pa)，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純硝酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
本發明的實施例3將市售的冶金級工業矽粉碎或市售的工業矽粉放入加熱至110℃的鹽酸和高氯酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然後加入真空感應爐(真空度0.05～10Pa)，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純硫酸和氫氟酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
本發明的實施例4將市售的冶金級工業矽粉碎或市售的工業矽粉放入加熱至100℃的硫酸和高氯酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然後加入真空感應爐(真空度0.05～10Pa)，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純硝酸和高氯酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
權利要求
1.一種太陽能級矽的製備方法，其特徵在於以金屬矽或金屬矽粉為原材料，先用化學方法一熱的強酸除去60～95％的硼、鐵、鋁、鎂、鈣等雜質元素，然後通過物理方法一真空熔煉除去砷、硫、碳、磷等非金屬元素和部分金屬雜質元素，再經粉碎、化學清洗、熔煉處理將各雜質元素降到1ppm以下，使電阻率≥2Ωcm，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，即得太陽能級矽。
2.按照權利要求1所述太陽能級矽的製備方法，其特徵在於將冶金級工業矽粉碎或工業矽粉放入加熱至60～110℃的強酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然後加入真空感應爐，通過真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進一步除去部分金屬雜質，特別是低沸點和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經粉碎，用高純酸進一步除去雜質，使絕大部分雜質含量降到3ppm以下；然後通過真空熔煉及定型進一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，Fe≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽能級矽。
3.按照權利要求1或2所述太陽能級矽的製備方法，其特徵在於所述的強酸為鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
4.按照權利要求2所述太陽能級矽的製備方法，其特徵在於所述的高純酸是指純度高於分析純以上的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
5.按照權利要求2所述太陽能級矽的製備方法，其特徵在於真空感應爐的真空度為0.05～10Pa。
6.按照權利要求1或2所述太陽能級矽的製備方法，其特徵在於矽的純度，即雜質元素含量的檢測儀器為美國產ICP、ICP-MS或GD-MS。
全文摘要
本發明提供了一種太陽能級矽的製備方法，該方法採用金屬矽或金屬矽粉為原材料，通過化學除雜與物理冶煉除雜相結合的方法，將矽中的各雜質元素含量降到1ppm以下，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，電阻率≥2Ωcm，從而製得低成本的高純矽。與現有技術相比，本發明採用化學處理和物理處理相結合，能更有效地降低矽裡面的雜質元素；能耗較低，設備投資少，建設周期短，過程的環保容易克服，相同規模的投資比較少；與純物理熔煉方法比較，更容易降低B、P的含量，所得產品純度高。
文檔編號C01B33/037GK101085678SQ20061020055
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優先權日2006年6月9日
發明者吳展平, 杜相華, 楊晗輝 申請人:貴陽高新陽光科技有限公司