專利名稱：一種太陽能多晶硅鑄錠的制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能多晶硅，尤其是涉及一種太陽能多晶硅鑄錠的制備方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問題顯得越來越重要，直接關(guān)系到我國今后長時(shí)間的可持續(xù)發(fā)展。我國是以煤和石油為主的能源消耗大國，而我國的人均資源相對貧乏。另外一方面，在使用煤和石油等原材料作為能源時(shí)又會對環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。因此，開發(fā)利用可再生的清潔能源便成為一種非常重要的途徑。其中，太陽能是最重要的清潔的可再生能源。對于太陽能的開發(fā)利用，世界發(fā)達(dá)國家予以高度地重視，如美國提出了"百萬屋頂計(jì)劃"，歐洲將對太陽能的利用列入了著名的"尤里卡"高科技計(jì)劃中，日本先后提出了 "舊陽光計(jì)劃""新陽光計(jì)劃"等。而利用太陽能發(fā)電則是開發(fā)太陽能最為重要的方法。在過去的幾十年中，利用太陽能發(fā)電的光伏工業(yè)得到了很大的發(fā)展，其平均年增長率在30%到40%之間，而且據(jù)估計(jì)在今后20年中其增長速度不會下降。 多晶硅材料是以金屬硅為原料，經(jīng)一系列的物理化學(xué)反應(yīng)提純后達(dá)到一定純度的電子材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)極為重要的中間產(chǎn)品，是制造硅拋光片、太陽電池及高純硅制品的主要原料，是信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的原材料。因此有必要大力加速發(fā)展可再生能源硅光伏產(chǎn)業(yè)及其基礎(chǔ)材料——高純半導(dǎo)體硅材料。定向凝固多晶硅是太陽能電池的一種主要原料，影響太陽能電池廣泛使用的一個(gè)主要障礙就是成本問題，而電池的成本主要在硅片，為了降低成本，現(xiàn)在采取的措施主要減少硅片的厚度，減少硅片的材料用量，但是目前普遍使用的定向凝固多晶硅，是摻P或摻B的鑄造多晶硅，其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較低，如果減少硅片厚度，就容易使硅片在電池加工，制備，組裝過程中損傷、破碎，硅片破損率增加，勢必導(dǎo)致成本的提高。 近年來，國內(nèi)外許多研究人員致力于用物理冶金法生產(chǎn)太陽能級多晶硅，如日本新曰鐵公司(JFE Steel Corporation)的Hiroyuki Baba等人(Kato Yoshiei， HanazawaKazuhiro， Baba Hiroyuki， Nakamura Naomichi， Yuge Noriyoshi， Sakaguchi Yasuhiko，Hiwasa Shoichi， Aratani Fukuo， Purification of Metallurgical Grade Silicon toSolar Grade for Use in Solar Cell Wafers. Tetsu toHagane. 2000，86(11) :717-724)介紹該公司制備用于光伏生產(chǎn)的太陽能級硅(S0G-Si)的主要方法原料為99.5%純度的金屬硅(MG-Si)，用氬等離子體氧化去硼，真空電子束除磷，獲得電阻率為1. 0 Q cm的P型多晶硅，再用定向凝固的方法去除金屬雜質(zhì)，獲得6N的SOG-Si，再用定向凝固的方法鑄錠、切片，送交制備太陽能電池。挪威Elkem公司Ragnar Tronstad等人在論文"ErikEnebakk， Kenneth Friestad， Ragnar Tronstad， Cyrus Zahedi， Christian Dethloff.Siliconfeedstock for solar cells. Patent No. :US 7381392B2, Jun. 3， 2008"中提出，先在熔化的硅液中加入液態(tài)的氧化物混合除渣劑清除硼(B)，凝固后粉碎成顆粒用酸洗濕法處理去除金屬雜質(zhì)，再在特別設(shè)計(jì)的定向凝固設(shè)備中分凝去除雜質(zhì)，最后切片清洗檢測出
4品，每錠250kg。 對于金屬雜質(zhì)Fe、 Al 、 Ti 、 Zn等，由于其在硅中的分凝系數(shù)比較大，因此通過嚴(yán)格的定向凝固可以達(dá)到很好的去除效果，基本可以滿足太陽能電池的要求。
對于雜質(zhì)P，由于其在高溫下的飽和蒸氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅，因此通過高真空熔煉的方法，在一定的高真空下，使磷揮發(fā)進(jìn)入氣相中，可以得到很好的除磷效果(Song-shengZHENG， Jing CAI， Chao CHEN， Xue-tao L U0， 'Purification of PolycrystallineSilicon in Vacuum Induction SmeltingFurnace'， 2nd International Workshop onCrystalline Silicon Solar Cells(CSSC 2007) ， Dec. 9-12 (2007) :135-142)。而對于雜質(zhì)B，因其在硅中的分凝系數(shù)(0.8)接近于l，無法通過定向凝固去除，且其沸點(diǎn)高達(dá)255(TC，通過真空的辦法也沒有明顯去除效果。但B的氧化物在真空下比較容易揮發(fā)，也較容易進(jìn)入Si02的堿性融渣中，因此目前除B的主要方法是在真空下通氧化性氣體，如美國專利US 5972107 "Frederick Schmid， Chandra P. Khattak. Method for purifyingsilicon, PatentNumber 5972107， Oct. 26， 1999";或者通過造渣工藝，如美國專利US5788945 "Anders Schei， Method for refining of silicon, Patent Number 5788945，Aug. 4， 1998"。 目前，主要的工藝方法都存在 一 定的局限性，如美國專利US5， 182，091(Noriyoshi Yuge，Hiroyuki Baba，F(xiàn)ukuo Aratani. Method and apparatus forpurifying silicon. Patent No. :5182091， Jan. 26， 1993)采用等離子體吹氣和電磁感應(yīng)加熱真空熔煉，B、 P、 C等含量可以降到滿足太陽能級多晶硅的要求，但由于等離子體作用范圍小，耗電量大，處理少量多晶硅就需要較長的時(shí)間，不適合于規(guī)?；纳a(chǎn)。美國專利US 6， 368， 403B1(Frederick Schmid， Chandra P. Khattak， DavidB. Joyce. Method andapparatus for purifying silicon, Patent Number US6368403B1， Apr. 9， 2002)采用吹氣造渣等工藝進(jìn)行提純，其主要是對B和C、 0的去除，且去除效果很好，但是由于該工藝所需的渣量大，使成本提高且副產(chǎn)品渣相無法重復(fù)利用造成很大的浪費(fèi)和環(huán)境污染。
日本東京大學(xué)Kazuki Morita等人(T. Yoshikawa， and K. Morita， Removalof phosphorus by thesolidification refining with Si—Al melts. Science andTechnology of Advanced Materials, 2003， 4 (6) :531)提出采用從Si_Al熔體中固化精煉硅的方法，并從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量中得出以下結(jié)論Fe、Ti、Cr等主要的14種金屬雜質(zhì)在Si-Al熔體中的分凝系數(shù)要比在硅液中的分凝系數(shù)小2 3個(gè)數(shù)量級，P和B在Si-Al熔體中的分凝系數(shù)也有較大幅度的降低。此方法已獲得階段性進(jìn)展，可以有效去除A1以外其它雜質(zhì)，并降低了精細(xì)冶煉的溫度。Si-Zn合金中類似Si-Al，然而具有更低的熔融溫度，降低了能耗，在電解中更易于電解分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種太陽能級多晶硅提純裝置。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種太陽能多晶硅鑄錠的制備方法。
本發(fā)明的目的之三在于提供一種鋅電解回收裝置。
本發(fā)明的目的之四在于提供一種鋅電解回收處理方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是采用從Si-Zn合金定向凝固的方法提純多晶硅，通過摻鍺制
5備多晶硅鑄錠以提高硅片的機(jī)械強(qiáng)度。 所述太陽能級多晶硅提純裝置設(shè)有主體保溫層、感應(yīng)加熱線圈、石墨加熱套筒、石
墨固定盤、下層保溫層、定向凝固升降裝置、石墨底盤、石英坩堝和熱電偶測溫裝置。感應(yīng)加
熱線圈設(shè)于主體保溫層的外側(cè)，石墨固定盤設(shè)于主體保溫層的內(nèi)腔底部，石墨加熱套筒設(shè)
于石墨固定盤上，下層保溫層設(shè)于主體保溫層的下方并與主體保溫層連成一體，定向凝固
升降裝置設(shè)于下層保溫層內(nèi)腔，定向凝固升降裝置內(nèi)設(shè)有循環(huán)水進(jìn)水口和循環(huán)水出水口，
石墨底盤設(shè)于石墨加熱套筒和石墨固定盤的底部，石英坩堝設(shè)于石墨加熱套筒內(nèi)，石英坩
堝內(nèi)壁涂有SiN涂層，熱電偶測溫裝置設(shè)于石英坩堝內(nèi)。 本發(fā)明所述太陽能多晶硅鑄錠的制備方法包括以下步驟 1)將多晶硅和工業(yè)鋅料放入坩堝中，接通加熱電源，使坩堝內(nèi)的鋅料和多晶硅融化，得硅鋅合金熔體； 2)采用熱電偶測溫裝置測定坩堝內(nèi)部豎直方向上各點(diǎn)的溫度，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控制器，使坩堝內(nèi)的硅鋅合金熔體保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度梯度，從坩堝中部到坩堝底部，溫度從高到低； 3)啟動定向凝固升降裝置，帶動裝有硅鋅合金熔體的坩堝連同石墨底盤一起下拉進(jìn)行定向凝固； 4)當(dāng)坩堝中的硅鋅合金熔體全部凝固后，切斷加熱電源，待爐子冷卻到室溫后，取
出硅鋅合金硅錠，切除上部5% 20%，剩余部分即為太陽能級多晶硅。 在步驟l)中，按質(zhì)量百分比，工業(yè)鋅料的加入量可為O. 1% 15%，最好為1%
10%，余為多晶硅；所述多晶硅可為塊狀多晶硅或粉狀多晶硅等；所述加熱電源的功率可
為100 200kW。 在步驟2)中，所述溫度的上限可為1430 160(TC，溫度的下限可為1150 1414"，所述溫度的上限最好為1450 153(TC，溫度的下限最好為1250 1414"，所述溫度梯度可為10 15°C /cm。在步驟3)中，所述下拉的速度可為(5 25)mm/h，最好為(10 15)mm/h。
在步驟4)中，所述切除上部5% 25%可通過電解工藝回收鋅，而殘留下來的硅可以通過酸洗處理后回收。 本發(fā)明所述鋅電解回收裝置設(shè)有電解槽、整流器、低位集液槽、加溫槽、耐酸泵和高位槽。電解槽內(nèi)的陽極和陰極接整流器輸出端，電解槽分別與低位集液槽和加溫槽連接，低位集液槽經(jīng)耐酸泵與高位槽連接，高位槽與加溫槽連接。
本發(fā)明所述鋅電解回收處理方法包括以下步驟
1)將電解回收后的硅置于坩堝內(nèi)，摻雜鍺，裝爐； 2)將爐室抽真空，接通加熱電源，使坩堝內(nèi)的硅料逐漸加熱到全部融化；
3)通過定向凝固，使硅從底部向上逐漸凝固，形成定向凝固多晶硅。
在步驟1)中，所述鍺是指純度在98%以上的單質(zhì)鍺或者鍺硅合金等，所述摻雜鍺的濃度可為1 X 1016/cm3 1 X 1019/cm3。 在步驟2)中，所述加熱的溫度可為1410 1460°C。在步驟3)中，所述下拉的速度可為(5 25)mm/h，最好為(10 15)mm/h。
本發(fā)明采用Si-Zn合金定向凝固方法，首先通過感應(yīng)加熱熔化坩堝中按比例配制的金屬硅和工業(yè)鋅料，使之形成硅鋅合金熔體，接著在一定的溫度條件下通過嚴(yán)格的定向凝固去除硅中的雜質(zhì)，然后將定向凝固所得的合金硅錠切除雜質(zhì)部分，最后采用電解工藝回收雜質(zhì)部分的鋅，沉積的硅也可以通過酸洗處理后回收，然后在進(jìn)行摻雜鍺，定向凝固制取多晶硅。本發(fā)明可將2N的工業(yè)硅提純到純度為5N(即99.999X)以上的多晶硅，而且硅錠的晶粒大，呈單向取向排列的柱狀晶，在多晶硅中摻雜鍺，利用鍺可以釘扎位錯(cuò)提高機(jī)械強(qiáng)度的性質(zhì)，可以提高多晶硅的機(jī)械強(qiáng)度，可以直接切片，用于制作太陽能電池，可降低生產(chǎn)成本。實(shí)現(xiàn)了低成本太陽能級多晶硅的生產(chǎn)。 本發(fā)明所述太陽能級多晶硅提純方法及摻雜鍺的定向凝固多晶硅工藝，并不需要等離子體發(fā)生器、電子槍等其它高成本的裝置，也不需要高真空、造渣等復(fù)雜條件，不僅具有設(shè)備體積小、占地面積小、初期投入少、工藝簡單易行、操作方便、投資周期短等優(yōu)點(diǎn)，而且適合于規(guī)?；a(chǎn)，具有很可觀的市場前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述太陽能級多晶硅提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的鋅電解回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 參見圖l，本發(fā)明所述太陽能級多晶硅提純裝置設(shè)有主體保溫層1、感應(yīng)加熱線圈2、石墨加熱套筒3、石墨固定盤4、下層保溫層5、定向凝固升降裝置6、循環(huán)水進(jìn)水口7、循環(huán)水出水口 8、石墨底盤9、石英坩堝10、 SiN涂層11和熱電偶測溫裝置13。感應(yīng)加熱線圈2設(shè)于主體保溫層1的外側(cè)，石墨固定盤4設(shè)于主體保溫層1的內(nèi)腔底部，石墨加熱套筒3設(shè)于石墨固定盤4上，下層保溫層5設(shè)于主體保溫層1的下方并與主體保溫層1連成一體，定向凝固升降裝置6設(shè)于下層保溫層5內(nèi)腔，定向凝固升降裝置6內(nèi)設(shè)有循環(huán)水進(jìn)水口 7和循環(huán)水出水口 8，石墨底盤9設(shè)于石墨加熱套筒3和石墨固定盤4的底部，石英坩堝10設(shè)于石墨加熱套筒3內(nèi)，石英坩堝10內(nèi)壁涂有SiN涂層ll，熱電偶測溫裝置13設(shè)于石英坩堝10內(nèi)。 整個(gè)體系分上下兩層，上層中心為內(nèi)壁涂上氮化硅(Si3N4)層的圓形石英坩堝10，在石英坩堝10夕卜，罩上石墨加熱套筒3，石墨加熱套筒3為倒置的圓形帶底的套筒3，石墨加熱套筒3則嵌套入石墨固定盤4中，石墨加熱套筒3外層為絕熱耐火材料層l，在絕熱耐火材料層外纏繞上銅感應(yīng)加熱線圈2 (線圈內(nèi)通水冷卻)，整個(gè)上層結(jié)構(gòu)是固定不動的，上層中心安裝了一個(gè)升降的熱電偶測溫裝置13。下層設(shè)有石墨底盤9、升降裝置6和隔熱保溫套5，石墨底盤9設(shè)在石英坩堝10底部，石墨底盤9與石墨加熱套筒3形成封閉的爐腔，石墨底盤9設(shè)于升降裝置6上，升降裝置6內(nèi)通冷卻循環(huán)水，升降裝置6內(nèi)設(shè)有進(jìn)水口 7，升降裝置6周圍為出水口 8，隔熱保溫套5套在升降裝置6外層。 合金定向凝固后，可采用電解回收裝置回收鋅，圖2給出本發(fā)明實(shí)施例的鋅電解回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，定向凝固后的鋅電解回收裝置可設(shè)有電解槽21、整流器22、低位集液槽23、加溫槽24、耐酸泵25和高位槽26。電解槽21內(nèi)的陽極28和陰極27接整流器22輸出端，電解槽21分別與低位集液槽23和加溫槽24連接，低位集液槽23經(jīng)耐酸泵25
7與高位槽26連接，高位槽26與加溫槽24連接。電解主要在電解槽21中進(jìn)行。陽極28采 用環(huán)氧玻璃鋼框架，四周鉆小孔，內(nèi)放硅鋅合金錠廢料和陽極導(dǎo)電材料。陰極27采用鋅板。 電解液從電解槽21先流入低位集液槽23，經(jīng)耐酸泵25打入高位槽26，再流入加溫槽24進(jìn) 行加溫，調(diào)整電解液組成后，重新導(dǎo)入電解槽21 。 石英坩堝10的尺寸可采用690mmX 690mmX 300mm，在坩堝內(nèi)壁涂上Si3N4涂層，上 部裝有熱電偶測溫裝置12。 為了說明本發(fā)明，采用純度為2N左右的工業(yè)硅為原料，其中P含量為20 40卯mw， B含量為8 10卯mw， Fe含量為800卯mw， Al含量為150卯mw， Ca含量為300卯mw， Ti含量為40卯mw， C含量為1000卯mw， 0含量為500卯mw。
以下給出幾個(gè)具體實(shí)施例。
實(shí)施例1 將200Kg的工業(yè)硅和5Kg的鋅放入石英坩堝中，接通加熱電源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi) 通電，功率在200kW，石墨加熱套筒就會感應(yīng)生熱，對石英坩堝內(nèi)的硅與鋅進(jìn)行加熱，隨著溫 度的升高硅和鋅開始慢慢融化。當(dāng)石英坩堝內(nèi)的硅全部融化后形成硅鋅合金熔體，采用熱 電偶測溫裝置測定石英坩堝內(nèi)部豎直方向上各點(diǎn)的溫度，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控制器。啟動 定向凝固升降裝置，帶動裝著合金熔體的石英坩堝連同石墨底盤跟著一起下拉產(chǎn)生定向凝 固，下降的速度為10mm/h。當(dāng)石英坩堝中的合金熔體全部凝固后，切斷感應(yīng)加熱線圈的電 流，停止加熱。待爐子冷卻到室溫后，取出合金硅錠，切除上部15%。剩余部分經(jīng)測定，純 度達(dá)99. 999513%的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于3. 5mm且呈單向取向排列的柱狀晶，電 阻率為3.9 4.4Q 'cm。將切除下來的部分放入圖2所示的電解槽中，通過電解工藝回 收鋅，而殘留下來的硅通過酸洗處理后回收?；厥展柚糜谯釄?，摻入300mg純度99.999X 的鍺，裝爐。再將硅原料逐漸加熱到144(TC，直至硅完全融化，啟動定向凝固裝置，下降的 速度為10mm/h，使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為lX10"Vcm3的定向凝固多晶 硅。摻雜鍺的定向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為125N/mm2。
實(shí)施例2 工藝過程同實(shí)施例1。將240kg的工業(yè)硅和10kg的鋅放入石英坩堝中，接通加熱 電源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)通電，功率在180kW，坩堝內(nèi)的硅鋅全部融化后，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控 制器，啟動定向凝固升降裝置，下降的速度為15mm/h。完成定向過程后取出合金硅錠，切除 上部25%。剩余部分經(jīng)測定，純度達(dá)99. 999611 %的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于1. lmm 且呈豎起取向的柱狀晶，電阻率為0. 49 1 Q 'cm，將切除下來的部分放入圖2所示的電解 槽中，通過電解工藝回收鋅，而殘留下來的硅通過酸洗處理后回收?；厥展柚糜谯釄澹瑩饺?300g純度99. 9999%的鍺，裝爐。再將硅原料逐漸加熱到1440°C ，直至硅完全融化，啟動定 向凝固裝置，下降的速度為15mm/h，使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為1X1017 113的定向凝固多晶硅。摻雜鍺的定向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為140N/mm2。
實(shí)施例3 工藝過程同實(shí)施例1。將220kg的工業(yè)硅和5kg的鋅放入石英坩堝中，接通加熱電 源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)通電，功率在160kW，坩堝內(nèi)的硅鋅全部融化后，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控制 器。啟動定向凝固升降裝置，下降的速度為5mm/h。完成定向過程后取出合金硅錠，切除上 部15%。剩余部分經(jīng)測定，純度達(dá)99. 999396%的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于5mm且呈豎起取向的柱狀晶，電阻率為4. 4 cm 5 Q cm，將切除下來的部分放入圖2所示的電解 槽中，通過電解工藝回收鋅，而殘留下來的硅通過酸洗處理后回收?；厥展柚糜谯釄澹瑩饺?250g純度99.9999X的鍺，裝爐。再將硅原料逐漸加熱到1440°C ，直至硅完全融化，啟動定 向凝固裝置，下降的速度為5mm/h，使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為1X1017 113的定向凝固多晶硅。摻雜鍺的定向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為135N/mm2。
實(shí)施例4 工藝過程同實(shí)施例1。將195kg的工業(yè)硅和19. 5kg的鋅放入石英坩堝中，接通加 熱電源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)通電，功率在200kW，坩堝內(nèi)的硅鋅全部融化后。啟動定向凝固升 降裝置，下降的速度為25mm/h。完成定向過程后取出合金硅錠，切除上部30% 。剩余部分 經(jīng)測定，純度達(dá)99. 999613%的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于0. 7mm且呈豎起取向的柱狀 晶，電阻率為1.9 2. 5Q 'cm，回收硅置于坩堝，摻入200mg純度99.9999X的鍺，裝爐。再 將硅原料逐漸加熱到144(TC，直至硅完全融化，啟動定向凝固裝置，下降的速度為25mm/h， 使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為lX10"Vcn^的定向凝固多晶硅。摻雜鍺的定 向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為115N/mm2。
實(shí)施例5 工藝過程同實(shí)施例1。將180kg的工業(yè)硅和2kg的鋅放入石英坩堝中，接通加熱電 源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)通電，功率在180kW，坩堝內(nèi)的硅鋅全部融化后。啟動定向凝固升降裝 置，下降的速度為15mm/h。完成定向過程后取出合金硅錠，切除上部10%。剩余部分經(jīng)測 定，純度達(dá)99. 999376%的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于1. 2mm且呈單向取向排列的柱狀 晶，電阻率為2.4 3.4Q 'cm.回收硅置于坩堝，摻入200g純度99. 999%的鍺，裝爐。再 將硅原料逐漸加熱到144(TC，直至硅完全融化，啟動定向凝固裝置，下降的速度為15mm/h， 使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為lXl(^7cn^的定向凝固多晶硅。摻雜鍺的定 向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為145N/mm2。
實(shí)施例6 工藝過程同實(shí)施例1。將200kg的工業(yè)硅和15kg的鋅放入石英坩堝中，接通加熱電 源，感應(yīng)加熱線圈內(nèi)通電，功率在200kW，坩堝內(nèi)的硅鋅全部融化后，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控制 器。啟動定向凝固升降裝置，下降的速度為10mm/h。完成定向過程后取出合金硅錠，切除上 部25%。剩余部分經(jīng)測定，純度達(dá)99. 999603%的多晶硅錠，而且硅錠的晶粒大于3. 4mm且 呈豎起取向的柱狀晶，電阻率為4. 1 5 Q cm，回收硅置于坩堝，摻入300g純度99. 9999 % 的鍺，裝爐。再將硅原料逐漸加熱到144(TC，直至硅完全融化，啟動定向凝固裝置，下降的 速度為10mm/h，使熔化的硅從底部向上結(jié)晶，形成鍺濃度約為lX1019/Cm3的定向凝固多晶 硅。摻雜鍺的定向凝固多晶硅的室溫?cái)嗔褭C(jī)械強(qiáng)度約為148N/mm2。
權(quán)利要求
太陽能級多晶硅提純裝置，其特征在于設(shè)有主體保溫層、感應(yīng)加熱線圈、石墨加熱套筒、石墨固定盤、下層保溫層、定向凝固升降裝置、石墨底盤、石英坩堝和熱電偶測溫裝置，感應(yīng)加熱線圈設(shè)于主體保溫層的外側(cè)，石墨固定盤設(shè)于主體保溫層的內(nèi)腔底部，石墨加熱套筒設(shè)于石墨固定盤上，下層保溫層設(shè)于主體保溫層的下方并與主體保溫層連成一體，定向凝固升降裝置設(shè)于下層保溫層內(nèi)腔，定向凝固升降裝置內(nèi)設(shè)有循環(huán)水進(jìn)水口和循環(huán)水出水口，石墨底盤設(shè)于石墨加熱套筒和石墨固定盤的底部，石英坩堝設(shè)于石墨加熱套筒內(nèi)，石英坩堝內(nèi)壁涂有SiN涂層，熱電偶測溫裝置設(shè)于石英坩堝內(nèi)。
2. 太陽能多晶硅鑄錠的制備方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求1所述太陽能級多晶 硅提純裝置，所述制備方法包括以下步驟1) 將多晶硅和工業(yè)鋅料放入坩堝中，接通加熱電源，使坩堝內(nèi)的鋅料和多晶硅融化，得 硅鋅合金熔體；2) 采用熱電偶測溫裝置測定坩堝內(nèi)部豎直方向上各點(diǎn)的溫度，調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱功率控制 器，使坩堝內(nèi)的硅鋅合金熔體保持一個(gè)穩(wěn)定的溫度梯度，從坩堝中部到坩堝底部，溫度從高 到低；3) 啟動定向凝固升降裝置，帶動裝有硅鋅合金熔體的坩堝連同石墨底盤一起下拉進(jìn)行 定向凝固；4) 當(dāng)坩堝中的硅鋅合金熔體全部凝固后，切斷加熱電源，待爐子冷卻到室溫后，取出硅 鋅合金硅錠，切除上部5% 20%，剩余部分即為太陽能級多晶硅。
3. 如權(quán)利要求2所述的太陽能多晶硅鑄錠的制備方法，其特征在于在步驟1)中，按質(zhì) 量百分比，工業(yè)鋅料的加入量為0. 1% 15%，余為多晶硅；所述多晶硅為塊狀多晶硅或粉 狀多晶硅等；所述加熱電源的功率為100 200kW。
4. 如權(quán)利要求2所述的太陽能多晶硅鑄錠的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述 溫度的上限為1430 160(TC，溫度的下限為1150 1414°C ，所述溫度梯度為10 15°C / cm。
5. 如權(quán)利要求2所述的太陽能多晶硅鑄錠的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述 下拉的速度為(5 25)mm/h。
6. 如權(quán)利要求2所述的太陽能多晶硅鑄錠的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述 切除上部5 % 25 %是通過電解工藝回收鋅，而殘留下來的硅通過酸洗處理后回收。
7. 鋅電解回收裝置，其特征在于設(shè)有電解槽、整流器、低位集液槽、加溫槽、耐酸泵和高 位槽。電解槽內(nèi)的陽極和陰極接整流器輸出端，電解槽分別與低位集液槽和加溫槽連接，低 位集液槽經(jīng)耐酸泵與高位槽連接，高位槽與加溫槽連接。
8. 鋅電解回收處理方法，其特征在于，使用如權(quán)利要求7所述的鋅電解回收裝置，所述 回收處理方法包括以下步驟1) 將電解回收后的硅置于坩堝內(nèi)，摻雜鍺，裝爐；2) 將爐室抽真空，接通加熱電源，使坩堝內(nèi)的硅料逐漸加熱到全部融化；3) 通過定向凝固，使硅從底部向上逐漸凝固，形成定向凝固多晶硅。
9. 如權(quán)利要求8所述的鋅電解回收處理方法，其特征在于在步驟1)中，所述鍺是指純 度在98%以上的單質(zhì)鍺或者鍺硅合金，所述摻雜鍺的濃度為lX1016/cm3 lX1019/cm3。
10. 如權(quán)利要求8所述的鋅電解回收處理方法，其特征在于在步驟2)中，所述加熱的溫度為1410 1460°C ;在步驟3)中，所述下拉的速度為(5 25)mm/h。
全文摘要
一種太陽能多晶硅鑄錠的制備方法及裝置，涉及一種太陽能多晶硅。提供一種太陽能級多晶硅提純裝置、太陽能多晶硅鑄錠的制備方法、鋅電解回收裝置及方法。提純裝置設(shè)主體保溫層、感應(yīng)加熱線圈、石墨加熱套筒、石墨固定盤、下層保溫層、定向凝固升降裝置、石墨底盤、石英坩堝和熱電偶測溫裝置。將多晶硅和工業(yè)鋅料放入坩堝，鋅料和多晶硅融化后得硅鋅合金熔體；啟動升降裝置，帶動坩堝連同石墨底盤定向凝固；當(dāng)硅鋅合金熔體凝固后，取出硅鋅合金硅錠，切除上部即得太陽能級多晶硅?；厥昭b置設(shè)電解槽、整流器、低位集液槽、加溫槽、耐酸泵和高位槽。將電解回收后的硅置于坩堝內(nèi)，摻雜鍺裝爐；抽真空，硅料加熱到融化；通過定向凝固得定向凝固多晶硅。
文檔編號C25C1/16GK101775650SQ20101012668
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者李錦堂, 沈曉杰, 羅學(xué)濤, 鄭淞生 申請人:廈門大學(xué)