專利名稱：一種去除工業(yè)硅中硼的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于用物理冶金技術提純多晶硅的技術領域，特別涉及一種利用電子束熔 煉技術將工業(yè)硅中的雜質硼去除的方法。
背景技術：
高純多晶硅是制備太陽能電池的主要原料。國外制備高純多晶硅主要使用西門 子法，具體為硅烷分解法和氯硅烷氣相氫還原法，其中SiHCl3法即西門子法是目前多晶硅 制備的主流技術。SiHCl3法的有用沉積比為1X103，是SiH4W 100倍。西門子法沉積速 度可達8 lOym/min。一次通過的轉換效率為5% 20 %，沉積溫度為1100°C，僅次于 SiCl4(1200°C )，耗電量為120kWh/kg左右，電耗也較高。國內SiHCl3法的電耗經過多年的 努力已由500kWh/kg降至200kWh/kg，硅棒直徑達到IOOmm左右。西門子法的不足之處在 于其在流程的核心環(huán)節(jié)上采取了落后的熱化學氣相沉積，工藝流程的環(huán)節(jié)過多，一次轉化 率低，導致流程時間太長，增加了材耗、能耗成本。鑒于此，在眾多制備的新工藝中冶金法是 根據雜質元素在硅中的分凝系數不同進行定向凝固的方式，具有能耗低、環(huán)境污染小的特 點。單純的定向凝固方法無法去除分凝系數較大的雜質硼，而在多晶硅的眾多雜質中，硼是 有害雜質，直接影響了硅材料的電阻率和少數載流子壽命，進而影響了太陽能電池的光電 轉換效率。已知日本專利號為11-20195的發(fā)明專利，利用電子束達到去除多晶硅中磷的目 的，但該發(fā)明的缺點無法使用電子束將多晶硅中的硼去除。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術難題是利用電子束熔煉技術，將多晶硅中的雜質元素硼去除 到0. 0001%的程度，進而達到太陽能電池用硅材料的使用要求。本發(fā)明采用的技術方案是一種工業(yè)硅除硼的方法，其特征在于，用將工業(yè)硅料4 放入純度為99. 9%以上的石英環(huán)5中，在電子束1作用下熔煉，利用高真空度將氧化硼去 除，具體步驟如下先將工業(yè)硅料4放入石英環(huán)5中；再將石英環(huán)5放入水冷銅坩堝7中，關閉真空裝 置蓋2 ；用機械泵6、羅茲泵8將真空室3抽真空，抽到低真空lpa，再用擴散泵9將真空抽 到高真空10_3pa以下；然后給電子槍1預熱，設置高壓為25_35kW，高壓預熱5_10分鐘，關閉高壓，設置 電子槍1束流為70-200mA，束流預熱5_10分鐘，關閉電子槍1束流；同時打開電子槍1的 高壓和束流，穩(wěn)定后用電子槍1轟擊工業(yè)硅料4，增大電子槍1束流到500-800mA，持續(xù)轟擊 30-50分鐘；以每分鐘50-200mA的速度調低電子槍1的束流直到關閉；最后依次關閉擴散泵9、羅茲泵8、機械泵6待溫度降到200°C左右時，打開放氣閥 11，打開真空裝置蓋2取出硅材料。一種工業(yè)硅除硼的方法，其所采用的裝置的特征在于，裝置由真空裝置蓋2、真空 圓桶12構成裝置的外殼，真空圓桶2內腔即為真空室3，真空室3內裝有熔煉系統(tǒng)，熔煉系
3統(tǒng)由電子槍1、石英環(huán)5、水冷銅坩堝7構成，石英環(huán)5放入水冷銅坩堝7上，對中，在水冷銅 坩堝7的上方安置電子槍1，將支撐桿10與水冷銅坩堝7鏈接，焊牢；機械泵6、羅茲泵8、 擴散泵9分別在真空圓桶12右側相連，放氣閥11與真空圓桶12的左側中部相連。本發(fā)明的顯著效果是可以將分凝系數較大的硼用電子束熔煉去除，有效提高了多 晶硅的純度，具有效率高、裝置簡單、節(jié)約能源的優(yōu)點。


附圖1為一種工業(yè)硅除硼的裝置，其中1.電子槍，2.真空裝置蓋，3.真空室，4.工 業(yè)硅料，5.石英環(huán)，6.機械泵，7.水冷銅坩堝，8.羅茲泵，9.擴散泵，10.支撐桿，11.放氣 閥，12.真空圓桶。
具體實施例方式下面結合技術方案及附圖詳細說明本方案的具體實施。將純度為99%，其中含硼 量為0. 0011%的工業(yè)硅料4放入純度為99. 9%以上的石英環(huán)5中，將石英環(huán)5放入水冷銅 坩堝7中，關閉真空裝置蓋2 ；抽真空，先用機械泵6、羅茲泵8將真空室3抽到低真空lpa， 再用擴散泵9將真空抽到高真空10_3pa以下；給電子槍1預熱，設置高壓為25kW，高壓預熱 5分鐘，關閉高壓，設置電子槍1束流為70mA，束流預熱5分鐘，關閉電子槍1束流；同時打 開電子槍1的高壓和束流，穩(wěn)定后用電子槍1轟擊工業(yè)硅料4，增大電子槍1束流到500mA， 持續(xù)轟擊30分鐘；以每分鐘50mA的速度調低電子槍1的束流直到關閉；依次關閉擴散泵 9、羅茲泵8、機械泵6待溫度降到200°C左右時，打開放氣閥11，打開真空裝置蓋2取出硅材 料。通過成分檢測得到工業(yè)硅料的純度提高到99. 95%，其中硼含量降低到0. 0004%左右。硼是太陽能級多晶硅中難以去除的雜質，本方法通過放入純度為99. 9%以上的石 英環(huán)，在熔煉過程中石英環(huán)中的氧滲透進工業(yè)硅，在電子束的作用下與硅中的硼結合，生成 容易揮發(fā)的氧化硼，在真空條件下以氣態(tài)的形式去除。本發(fā)明去除多晶硅中雜質硼效果良好，工藝穩(wěn)定，操作方便，節(jié)約能源，提高了制 備高純多晶硅的效率。
權利要求
一種工業(yè)硅除硼的方法，其特征在于，用將工業(yè)硅料(4)放入純度為99.9％以上的石英環(huán)(5)中，在電子束(1)作用下熔煉，利用高真空度將氧化硼去除，具體步驟如下先將工業(yè)硅料(4)放入石英環(huán)(5)中；再將石英環(huán)(5)放入水冷銅坩堝(7)中，關閉真空裝置蓋(2)；用機械泵(6)、羅茲泵(8)將真空室(3)抽真空，抽到低真空1pa，再用擴散泵(9)將真空抽到高真空10 3pa以下；然后給電子槍(1)預熱，設置高壓為25 35kW，高壓預熱5 10分鐘，關閉高壓，設置電子槍(1)束流為70 200mA，束流預熱5 10分鐘，關閉電子槍(1)束流；同時打開電子槍(1)的高壓和束流，穩(wěn)定后用電子槍(1)轟擊工業(yè)硅料(4)，增大電子槍(1)束流到500 800mA，持續(xù)轟擊30 50分鐘；以每分鐘50 200mA的速度調低電子槍(1)的束流直到關閉；最后依次關閉擴散泵(9)、羅茲泵(8)、機械泵(6)待溫度降到200℃左右時，打開放氣閥(11)，打開真空裝置蓋(2)取出硅材料。
2.如權利要求1所述的一種工業(yè)硅除硼的方法，其所采用裝置的特征在于，裝置由真 空裝置蓋(2)、真空圓桶(12)構成裝置的外殼，真空圓桶(12)內腔即為真空室(3)，真空室 (3)內裝有熔煉系統(tǒng)，熔煉系統(tǒng)由電子槍(1)、石英環(huán)(5)、水冷銅坩堝(7)構成，石英環(huán)(5) 放入水冷銅坩堝(7)上，對中，在水冷銅坩堝(7)的上方安置電子槍(1)，將支撐桿(10)與 水冷銅坩堝(7)鏈接，焊牢；機械泵(6)、羅茲泵(8)、擴散泵(9)分別在真空圓桶(12)右側 相連，放氣閥(11)與真空圓桶(12)的左側中部相連。
全文摘要
本發(fā)明一種工業(yè)硅除硼的方法屬于用物理冶金技術提純多晶硅的技術領域，特別涉及一種利用電子束熔煉技術將工業(yè)硅中的雜質硼去除的方法。該方法將工業(yè)硅料放入純度為99.9％以上的石英環(huán)中，在電子束作用下熔煉，利用高真空度將氧化硼去除。先將工業(yè)硅料放入石英環(huán)中；再將石英環(huán)放入水冷銅坩堝中，關閉真空裝置蓋。其所采用裝置由真空裝置蓋、真空圓桶構成裝置的外殼，真空圓桶內腔即為真空室。可以將分凝系數較大的硼用電子束熔煉去除，有效提高了多晶硅的純度，具有效率高、裝置簡單、節(jié)約能源的優(yōu)點。
文檔編號C01B33/037GK101913608SQ20101024210
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權日2010年7月29日
發(fā)明者姜大川, 彭旭, 董偉, 譚毅, 顧正 申請人:大連理工大學