[发明专利]有机溶剂中锌粉还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏产业链上游的多晶硅制备提纯技术领域，具体涉及一种有机溶剂中锌粉还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅的方法。

背景技术

     成本和能耗一直是制约太阳能光伏产业发展的主要问题，尤其上游多晶硅材料制备的成本和能耗占整体成本和能耗的50%，所以发展低成本的太阳能级硅制备技术显得非常的重要。目前国内主流制备方法是改良西门子法，以及还未完全产业化的物理冶金法、和部分硅烷法。其中改良西门子法中，由于单次的转化率较低，在主工艺中要产生大量的四氯化硅，生产1吨的多晶硅就要产生十几吨的四氯化硅的副产物，这些副产物再经过氢化转变为三氯氢硅，然后再用氢气还原为硅，这样经过多次循环后，必然造成成本和能耗的增加。热力学计算分析表明，金属锌对于四氯化硅在常温下的还原效率在85%以上，在美国专利US20080233036提供了一种在高温气态下锌还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅的方法, 在高温800～1200 ℃四氯化硅与锌反应生成颗粒状的硅，这些颗粒经过水平石英管的生长区，最后得到较大颗粒状的硅。但该方法的缺点是形成的硅颗粒不易于流化，容易造成石英管道的堵塞，日本专利2008061000阐述了一种立式的锌还原四氯化硅的反应器。锌蒸汽与四氯化硅气体同时从低部通入反应生成硅粉颗粒，新生成的硅继续在降落的硅颗粒上生长，形成流化床，因此该反应器内的压强要求很高，需要在高温下保持良好的密封，如用水冷则使能耗更高。其次生成的硅粉小颗粒与副产物氯化锌气体难以很好地分离。因此造成产品的收率较低。美国专利200610270119中提到将四氯化硅气体和锌蒸汽同时通入到反应器中，使硅颗粒沉积在加热的钽丝上，由于钽的熔点较高，在硅料扩散的杂质较少，沉积一段时间后，用氩气进行吹扫，并且将钽丝网的温度提高至1500℃，使硅熔化滴落到下面的收集器中，所得的硅的纯度达到8N,再经过CZ的工艺处理，其纯度达到11N。这个工艺需要能耗较高，对材料的要求也较高，但不适合大规模化的生产。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在高温下锌还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅所存在的各种问题而提供一种有机溶剂中锌粉还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅的方法。本发明具有反应效率高，可连续化、大规摸化，低能耗、低成本生产太阳能级硅等优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种有机溶剂中锌粉还原四氯化硅制备太阳能级多晶硅的方法，包括以下步骤：

1）将锌粉用有机溶剂分散加入到耐压反应釜中，再搅拌分散，温度冷却到50℃以下；

2）将溶有四氯化硅的有机溶剂注入到耐压反应釜中，搅拌；四氧化硅的加入量控制在反应完全后，过量10％～50％，耐压反应釜的温度控制在50℃以下；

3）反应完全后，静置沉降、将有机溶剂和溶解其中的四氯化硅及氯化锌滤掉；

4）过滤后得到的硅粉中残留的有机溶剂和四氯化硅全部蒸干；

5）加入高纯度的盐酸，搅拌反应除去其中的未反应的锌和部分生成的氯化锌，经沉降、过滤，得到硅粉；

6）上述步骤5）中所得的硅粉再用10%的电子级的氢氟酸洗涤，沉降、过滤；

7）再经过高纯水多次洗涤，沉降、过滤干燥；

8）上述步骤7）中干燥得到的硅粉经过高温真空熔炼除去易挥发的物质，经过真空熔炼铸锭，即得太阳能级多晶硅。

优选的，所述有机溶剂为与四氯化硅呈惰性的有机溶剂。

优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、四氯化碳、正己烷、氯仿或二氯乙烷。

优选的，所述有机溶剂使用前经过无水处理、精馏，使其纯度达到分析纯以上；其总的金属含量低于1ppm。

优选的，所述步骤1）～步骤4）都是在无氧无水的条件下实现的。

优选的，所述锌粉的纯度为6N以上；所述锌粉，粒径小于300                                                m。

优选的，所述四氯化硅的纯度为8N 以上。

优选的，步骤2）中所述四氯化硅要缓慢地进料，快速地搅拌、同时反应器需要不断地冷却。

优选的，步骤3）中所述滤出物中的有机溶剂在无氧无水的条件下通过精馏再回收。

优选的，步骤3）中所述滤出物中的溶解于有机溶剂中的四氯化硅在无氧无水的条件下通过低温精馏、深冷回收。

优选的，步骤3）中所述滤出物中的溶解于有机溶剂中的氯化锌，可在无氧无水的条件下通过将有机溶剂和四氧化硅蒸出后得以回收。