[发明专利]冷离子太阳能级多晶硅料的提纯方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能级多晶硅料的提纯技术领域，特别是一种冷离子太阳能 级多晶硅料的提纯方法及其设备。

背景技术

晶体硅是目前应用最为广泛的太阳能电池材料，主流的太阳能级硅料都采 用西门子法制备。为降低原材料成本，目前有多种方法对低成本硅料如冶金硅 进行处理，使之纯度接近6N，符合硅太阳能电池的纯度要求，分别是：

1.高温碳一硅和铝一硅还原纯化技术；

2.利用结晶时杂质分凝效应纯化冶金硅；

3.酸洗纯化技术；

4.结渣纯化技术；

5.气吹和蒸发纯化技术；

6.辉光放电产生冷等离子体纯化技术。

酸洗纯化技术可以在常温下进行，但其处理效率和效果有限，一般作为其 他处理手段的辅助；

辉光放电产生冷等离子体纯化技术也可在较低温度下处理，但其离子密度 低(低于10¹⁰)、离子能量小(小于1eV)，处理效果有限，另外，其低气压的工 作条件限制了其物料输运；

其他几种方法都涉及到硅料的融化，需要1400℃以上的高温处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种冷离子太阳能级多晶硅料的提 纯方法及其设备，降低提纯难度，提高提纯效率。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种冷离子太阳能级多晶硅料 的提纯方法，在旋风器内采用介质阻挡放电的方法作为等离子的产生方式，硅 料以硅粉的形式通过载气进入旋风器，用硅粉粒度、载气预热温度和载气流速 对硅粉颗粒平均处理时间进行控制，用载气预热温度、载气的气氛种类和介质 阻挡放电的等离子激励电源功率对纯化效果进行控制，硅料在旋风器内约束的 等离子体中实现纯化，最终将提纯后的硅料从旋风筒末端产出。

具体步骤如下：

1)旋风器整体抽空至1mTorr；

2)从进气和加料装置通入预热至设定温度的载气和功能气体，并控制流速 和调节压强至1000pa～常压；

3)待气流稳定后，打开等离子激励电源产生等离子，向旋风器开始连续加 料；

4)调节硅粉粒度、载气预热温度和载气流速对硅粉颗粒平均处理时间进行 控制；

5)从出料装置中回收处理完毕的硅和气体。

正常工作时在旋风器内形成非平衡等离子，进气主要以惰性气体为载气， 根据不同杂质，选择通入H₂、HCl和O₂这三种功能气体中的一种、两种或者全部， 其中，H₂、HCl产生的H离子可去除硅料中的P、B杂质。Cl、O离子可以去除硅 料中的过渡金属。

硅粉粒度的平均粒径≤50μm。

等离子激励电源为500V至10kV正弦交流电，正弦交流电源的频率为 200Hz～20kHz。

为了提高等离子高能部分的产额，等离子激励电源为纳秒脉冲电源。

载气预热温度为800℃-1000℃。

根据硅料本身的状况，可实施多级提纯或反复提纯。

一种应用于冷离子太阳能级多晶硅料的提纯方法的提纯设备，包括旋风器、 等离子激励电源、进气和加料装置、产物收集装置，旋风器的内壁和外壁的材 料为导电性良好的材料，其内壁和外壁的相对面均涂覆阻挡介质，外壁接地、 内壁接等离子激励电源，其内壁和外壁所封闭的环境为真空密闭系统，旋风器 前端与进气和加料装置、末端与产物收集装置连接，载气和硅粉通过进气和加 料装置进入旋风器进行纯化，提纯后的硅料从旋风器末端进入产物收集装置。

进气和加料装置中具有控制进气流速的流速控制装置。 产物收集装置包括硅料收集装置和气体回收装置两部分。

本发明的有益效果是：可以在常压和近常压的条件下提纯硅料，用于提 纯的离子密度高，能量大，提纯效率高，成本低。在常压和近常压的条件下， 介质阻挡放电可以在多种气氛下产生能量密度达10¹⁴cm^-3的离子密度，比普通辉 光放电等离子体高4至5个数量级。另外，其电子平均能量可达10eV以上。另 外，常压和近常压的气压使得气相颗粒输运变得可行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1是本发明的旋风器的俯视图；

图2是本发明的旋风器的主视图；