專利名稱：太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，屬于硅工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能級(jí)硅是光伏產(chǎn)業(yè)最基本的原材料。其純度要求為99.99％～99.99999％，雜質(zhì)最高含量不超過(guò)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(yáng)能級(jí)硅生產(chǎn)及生產(chǎn)工藝在國(guó)外有很多報(bào)道，國(guó)內(nèi)極少，報(bào)道多采用物理方法—真空熔煉或區(qū)域熔煉、或真空等離子處理、或區(qū)域熔煉加定向凝固等方法；但是采用化學(xué)除雜與物理冶煉除雜相結(jié)合制備太陽(yáng)能級(jí)硅的生產(chǎn)工藝鮮有報(bào)道，特別是能同時(shí)保證硅的電阻率不小于2Ωcm，B≤0.3ppm、P≤0.5ppm的工藝未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，該方法采用金屬硅或金屬硅粉為原材料，通過(guò)化學(xué)除雜與物理冶煉除雜相結(jié)合的方法，將硅中的各雜質(zhì)元素含量降到1ppm以下，特別是磷和硼降到0.5ppm以下，電阻率不小于2Ωcm，從而制得低成本的高純硅，符合太陽(yáng)能電池對(duì)硅的要求。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的以金屬硅或金屬硅粉為原材料，先用化學(xué)方法—熱的強(qiáng)酸除去60～95％的硼、鐵、鋁、鎂、鈣等雜質(zhì)元素，然后通過(guò)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(zhì)元素，再經(jīng)粉碎、化學(xué)清洗、熔煉處理將各雜質(zhì)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(yáng)能級(jí)硅。
具體的說(shuō)，將冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或工業(yè)硅粉放入加熱至60～110℃的強(qiáng)酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質(zhì)元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然后加入真空感應(yīng)爐，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
所述的強(qiáng)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于分析純以上的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
真空感應(yīng)爐的真空度為0.05～10Pa。
其中硅的純度，即雜質(zhì)元素含量的檢測(cè)儀器為美國(guó)產(chǎn)ICP、ICP-MS或GD-MS。
本發(fā)明的原理是先通過(guò)化學(xué)方法—熱的強(qiáng)酸除去60～95％的B、Fe、Al、Ca、Mg、Ag、Cu等金屬雜質(zhì)元素，具體為用熱硝酸和硫酸除去硼和部分金屬雜質(zhì)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(guò)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(zhì)元素，然后再經(jīng)過(guò)化學(xué)與物理相結(jié)合的方法進(jìn)一步將雜質(zhì)元素降到1ppm以下，使電阻率≥2Ωcm，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，從而制得低成本、高質(zhì)量的太陽(yáng)能級(jí)硅。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備方法采用化學(xué)處理和物理處理相結(jié)合，能更有效地降低硅里面的雜質(zhì)元素；能耗較低，總的成本只有西門子法的三分之一左右；設(shè)備投資少，建設(shè)周期短，過(guò)程的環(huán)保容易克服，相同規(guī)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(chǎn)品純度高。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例1將市售的冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或市售的工業(yè)硅粉放入加熱至80℃的硝酸和硫酸中，除去硼和部分金屬雜質(zhì)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；然后加入真空感應(yīng)爐(真空度0.05～10Pa)，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純鹽酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
本發(fā)明的實(shí)施例2將市售的冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或市售的工業(yè)硅粉放入加熱至60℃的硝酸、硫酸和氫氟酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質(zhì)元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然后加入真空感應(yīng)爐(真空度0.05～10Pa)，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純硝酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
本發(fā)明的實(shí)施例3將市售的冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或市售的工業(yè)硅粉放入加熱至110℃的鹽酸和高氯酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質(zhì)元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然后加入真空感應(yīng)爐(真空度0.05～10Pa)，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純硫酸和氫氟酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
本發(fā)明的實(shí)施例4將市售的冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或市售的工業(yè)硅粉放入加熱至100℃的硫酸和高氯酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質(zhì)元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然后加入真空感應(yīng)爐(真空度0.05～10Pa)，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純硝酸和高氯酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于以金屬硅或金屬硅粉為原材料，先用化學(xué)方法一熱的強(qiáng)酸除去60～95％的硼、鐵、鋁、鎂、鈣等雜質(zhì)元素，然后通過(guò)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(zhì)元素，再經(jīng)粉碎、化學(xué)清洗、熔煉處理將各雜質(zhì)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(yáng)能級(jí)硅。
2.按照權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于將冶金級(jí)工業(yè)硅粉碎或工業(yè)硅粉放入加熱至60～110℃的強(qiáng)酸中，除去硼和含量較高的金屬雜質(zhì)元素如鐵、鋁、鎂、鈣等；然后加入真空感應(yīng)爐，通過(guò)真空熔煉除去砷、硫、碳、磷及硼等非金屬元素和進(jìn)一步除去部分金屬雜質(zhì)，特別是低沸點(diǎn)和容易被氧化的金屬元素如鈣、鋅、鎂、鋁、銅等；再經(jīng)粉碎，用高純酸進(jìn)一步除去雜質(zhì)，使絕大部分雜質(zhì)含量降到3ppm以下；然后通過(guò)真空熔煉及定型進(jìn)一步提純，即得電阻率≥2Ωcm，P≤0.5ppm，B≤0.3ppm，F(xiàn)e≤0.5ppm，Al≤1ppm，Ca≤1ppm，Mg≤1ppm，Zn≤1ppm，Ag≤0.1ppm，Ti≤0.5ppm的太陽(yáng)能級(jí)硅。
3.按照權(quán)利要求1或2所述太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于所述的強(qiáng)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(quán)利要求2所述太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于所述的高純酸是指純度高于分析純以上的鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸中的一種或幾種。
5.按照權(quán)利要求2所述太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于真空感應(yīng)爐的真空度為0.05～10Pa。
6.按照權(quán)利要求1或2所述太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，其特征在于硅的純度，即雜質(zhì)元素含量的檢測(cè)儀器為美國(guó)產(chǎn)ICP、ICP-MS或GD-MS。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能級(jí)硅的制備方法，該方法采用金屬硅或金屬硅粉為原材料，通過(guò)化學(xué)除雜與物理冶煉除雜相結(jié)合的方法，將硅中的各雜質(zhì)元素含量降到1ppm以下，特別是磷≤0.5ppm，B≤0.3ppm，電阻率≥2Ωcm，從而制得低成本的高純硅。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用化學(xué)處理和物理處理相結(jié)合，能更有效地降低硅里面的雜質(zhì)元素；能耗較低，設(shè)備投資少，建設(shè)周期短，過(guò)程的環(huán)保容易克服，相同規(guī)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(chǎn)品純度高。
文檔編號(hào)C01B33/037GK101085678SQ20061020055
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者吳展平, 杜相華, 楊晗輝 申請(qǐng)人:貴陽(yáng)高新陽(yáng)光科技有限公司