專利名稱：一種金屬硅的物理提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬硅的物理提純方法。
技術(shù)背景太陽(yáng)能是取之不盡用之不竭的清潔能源。人們很早開始利用太陽(yáng)能，到太 陽(yáng)電池的出現(xiàn)，對(duì)太陽(yáng)能的使用更是上了一個(gè)臺(tái)階。但是，太陽(yáng)電池的價(jià)格比較高，特別是占據(jù)世界光伏市場(chǎng)份額90%以上的晶體硅太陽(yáng)電池價(jià)格更是居高 不下，這大大影響了太陽(yáng)電池的廣泛使用。在未來的10年內(nèi)，晶體硅太陽(yáng)電池還將繼續(xù)主導(dǎo)太陽(yáng)電池市場(chǎng)。近5年 來，太陽(yáng)級(jí)硅原料的價(jià)格上漲已經(jīng)超過10倍，硅材料成本占太陽(yáng)電池總成本 的60%以上，成為電池成本削減和光伏技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸。目前，世界上高 純硅供應(yīng)商幾乎都采用改良西門子法、硅烷法對(duì)金屬硅進(jìn)行化學(xué)提純，生產(chǎn)高 純多晶硅用作太陽(yáng)電池的原材料。但是，利用這些方法得到的硅原料純度可達(dá) 9N,高于太陽(yáng)級(jí)硅的7 8N要求；而且，改良西門子法、硅烷法都是相對(duì)高能 耗和高成本的硅提純方法。因此，利用低成本的物理冶金法提純金屬硅的技術(shù) 成為光伏產(chǎn)業(yè)界追求的目標(biāo)之一。利用物理冶金法提純金屬硅有多種途徑，其基本工藝流程為真空熔煉-粉碎-酸洗-電子束除硼-定向凝固的流程(N.Yuge， M.Abe. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2001; 9:203-209.)，同時(shí)結(jié)合等離子體去磷等工藝。但是，上述這 些技術(shù)有很大的不足設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，能耗與成本仍然很高，污染嚴(yán)重，并且 不能有效去除硅中的有害雜質(zhì)。因此，目前尚未能形成規(guī)模生產(chǎn)來滿足太陽(yáng)電 池生產(chǎn)的需要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種低成本、低能耗、無(wú)污染的金屬硅的物理提純方法。本發(fā)明的金屬硅的物理提純方法，有以下兩種技術(shù)方案 方案1:金屬硅的物理提純方法，包括以下步驟1) 將金屬硅和鋁按質(zhì)量比1: 0.3~1: 7混合均勻；2) 將上述硅和鋁混合物放入加熱爐中，加熱至750 1450。C，保溫2 25h， 形成硅鋁熔體；3)將爐溫降低到室溫，取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到提純的硅。方案2:金屬硅的物理提純方法，包括以下步驟-1) 將金屬硅和鋁按質(zhì)量比l: 0.3-1: 7混合均勻；2) 將上述硅和鋁混合物放入加熱爐中，先加熱至300-600°C,保溫l 6h; 然后升溫至700 145(TC,保溫l 19h，形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到提純的硅。 上述的金屬硅和鋁可以是粉狀物，也可以是塊狀物。 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用了鋁硅合金熔點(diǎn)低、雜質(zhì)在鋁中偏聚等特點(diǎn)，提出了一種工藝 流程、設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，成本低，無(wú)污染排放，生產(chǎn)效率高的物理提純方法,采用該方法能將金屬硅提純到4~5N，制備的硅料能滿足太陽(yáng)能級(jí)硅的要求。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例11) 將金屬硅塊和鋁塊按質(zhì)量比l: 0.3混合均勻，總質(zhì)量200g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至1450°C，保溫17h，形成硅鋁 熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為4N的硅料。實(shí)施例21) 將金屬硅塊和鋁塊按質(zhì)量比h 7混合均勻，總質(zhì)量100g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至75(TC，保溫2h，形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為4N的硅料。實(shí)施例31) 將金屬硅塊和鋁塊按質(zhì)量比h 3混合均勻，總質(zhì)量500g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至875-C，保溫25h，形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為4N的硅料。實(shí)施例41) 將金屬硅塊和鋁塊按質(zhì)量比l: 0.5混合均勻，總質(zhì)量200g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至600°C，保溫6h，繼續(xù)升溫至 1350°C，保溫17h，形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為5N的硅料。實(shí)施例51) 將金屬硅粉和鋁粉按質(zhì)量比l: 0.3混合均勻，總質(zhì)量200g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至600'C，保溫6h,繼續(xù)升溫至 1450°C，保溫19h，形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為5N的硅料。實(shí)施例61) 將金屬硅塊和鋁塊按質(zhì)量比l: 7混合均勻，總質(zhì)量150g。2) 將上述混合物放入熱處理爐中，加熱至300°C，保溫lh，繼續(xù)升溫至 700°C，保溫lh,形成硅鋁熔體；3) 將爐溫降低到室溫，此時(shí)由于硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析 出單質(zhì)的硅；取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到純度為5N的硅料。
權(quán)利要求
1.一種金屬硅的物理提純方法，其特征是包括以下步驟1)將金屬硅和鋁按質(zhì)量比1∶0.3～1∶7混合均勻；2)將上述硅和鋁混合物放入加熱爐中，加熱至750～1450℃，保溫2～25h，形成硅鋁熔體；3)將爐溫降低到室溫，取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到提純的硅。
2. —種金屬硅的物理提純方法，其特征是包括以下步驟 1) 將金屬硅和鋁按質(zhì)量比l: 0.3~1: 7混合均勻； 2) 將上述硅和鋁混合物放入加熱爐中，先加熱至300-600°C，保溫l 6h; 然后升溫至700 1450。C，保溫l 19h,形成硅鋁熔體； 3) 將爐溫降低到室溫，取出產(chǎn)物，清洗，干燥，得到提純的硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬硅的物理提純方法，步驟如下將金屬硅和金屬鋁按比例混合，將混合物放入加熱爐，加熱到一定溫度，保溫，形成鋁硅熔體；將爐溫降低到室溫，此時(shí)硅在硅鋁合金中處于過飽和狀態(tài)，會(huì)析出單質(zhì)的硅；取出爐中產(chǎn)物，清洗，干燥，可得到純度為4～5N的硅料。本發(fā)明方法工藝流程、設(shè)備簡(jiǎn)單，能耗低，成本低，無(wú)污染排放，采用該方法制備的硅料能滿足太陽(yáng)能級(jí)硅的要求。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101402456SQ20081012194
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者楊德仁, 闕端麟, 鑫 顧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)