[发明专利]一种太阳能级多晶硅的制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种太阳能级多晶硅的制造方法，特别是涉及一种生产过程完全没有酸碱参与处理的物理冶金法多晶硅制造方法。

背景技术    

当前由于能源危机及传统能源带来环境的污染，为了实现可持续发展，世界各国都在积极调整自己的能源结构，大力发展利用可再生能源。太阳能是公认的取之不尽用之不竭的能源，是无污染、廉价、人类可自由利用的能源。太阳能电池产业作为未来的主要战略能源，受到大家的共同积极关注。

制造太阳能电池用的多晶硅材料，其纯度要求在6N(99.9999%)以上，其中硼（B）的含量须小于0.3ppm，磷（P）的含量须小于0.1ppm，而Al、Fe、Ca等金属杂质要求小于0.1ppm，总杂质含量不超过1ppm。

过去，由于光伏市场一直不具备规模市场化，因此，并没有形成自己的供应链产业。太阳能所用的电池一直是采用半导体级的高纯硅的副产品（现在俗称锅底料、边角料、头尾料）或者改进西门子化学方法提纯出来的第三等级材料，但是采用这种材料制备多晶硅电池成本非常高。而且西门子法的中间产品SiHCl₃(或副产品SiCl₄)有剧毒，生产过程大量使用液氯、氢气，存在环保与安全隐患。随着太阳能产业链的形成，硅材料依赖集成电路硅的废次原料的模式已经无法满足太阳能产业的需要，因此急需开发出一种多晶硅的物理冶金法提纯工艺，由于其投资少、对环境污染小，建设周期短，生产能耗低被认为是多晶硅提纯工艺中最有前途的一种工艺。

全球很多科研院所正在大力开发物理法提纯多晶硅的新工艺，主要包括湿法冶金、吹气、造渣、定向凝固、真空感应熔炼、电子束、等离子体反应、熔盐电解、合金化冶炼等工艺。

目前主要的生产工艺方法都存在一定的局限性，如中国专利CN 101844768提到了一种将造渣后的硅料进行破碎磨粉，用盐酸、王水分别浸泡得以去除金属硅中的磷硼的冶金法提纯工艺。中国专利CN 101122047提到了将硅粉磨细后，用浓硝酸浸泡并搅拌清洗后，加热烘干硅粉后置于高真空电子束炉中除杂质提纯。他们均用到了酸碱参与提纯过程，这样势必会对环境产生污染及提高生产成本。

发明内容    

本发明要解决的技术问题在于克服上述已有技术制造多晶硅用到酸碱处理的难题，提供一种生产过程完全没有酸碱参与处理的多晶硅制造方法。

本发明包括以下工艺步骤：

（一）将金属硅在高周波电磁诱导精炼炉中熔化为熔融硅；所述的金属硅的粒径是5～100mm，金属硅的纯度为99％（2N）以上，其中B含量为5ppm，P含量为15ppm。

（二）将步骤（一）所得到的熔融硅的温度升至1500－1600℃，在升温过程中间隔性地往熔融硅里面添加造渣剂，进行造渣脱去硅中的硼杂质，间隔时间是20－30分钟；

所述造渣剂的制备过程是按重量百分比Na₂CO₃为20%～50%；SiO₂为50%～80%的配料混合均匀即为造渣剂，Na₂CO₃颗粒、SiO₂颗粒的粒径小于20mm；

所述造渣剂的添加量为熔融硅重量的40～100％；

（三）将步骤（二）所得到的硅料置于一次直拉炉装置中进行直拉，初次除去硅料中的金属杂质；

（四）将步骤（三）得到的硅料置于连续进料真空熔炼炉中，在低于10^－3Pa的真空状态下进行熔炼，除去其中的磷杂质；

（五）将步骤（四）得到的硅料倾入二次直拉装置中进行二次直拉，再次除去硅料中的其它金属杂质，得到硅棒；

（六）切除硅棒尾部，即可得到6N以上提纯好的太阳能级多晶硅。

在步骤（三）中，所述的一次直拉指进入步骤（一）中2N级金属硅中的金属杂质含量在700ppm以上时需进行该工艺步骤。相反，如果进入步骤（一）中2N级金属硅中的金属杂质含量在700ppm以下时，该步骤可略去。

在步骤（四）中，所述的真空熔炼炉指真空感应熔炼炉，感应体为置于熔炼炉中盛放硅料的石墨坩埚。

在步骤（五）中，所述的二次直拉装置，是指位于步骤（四）中所述真空感应熔炼炉内的另一装置。

在步骤（六）中，所述的6N以上的太阳能级多晶硅，是指纯度为99.99995％～99.99999％的太阳能级多晶硅。