[发明专利]一种采用冶金法降低金属硅中硼杂质含量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用冶金法降低金属硅中硼杂质含量的方法。

背景技术

晶体硅材料包括多晶硅和单晶硅，是最主要的太阳能电池材料，其市场占有率在90％以上，在今后相当长的一段时期是太阳能电池的主流材料。晶体硅材料纯度越高光电转化效率就高，寿命就越长，因此，行业内规定太阳能级多晶硅中硼含量小于0.3ppm。

目前，对金属硅的提纯制备太阳能级多晶硅的方法主要有西门子法和物理化学法。西门子法生产成本较高，工艺流程复杂并污染环境；物理化学法相对西门子法生产成本较低，工艺路线简单，对环境污染小，能是提纯金属硅的首选方法。

CN102344142 A公开了一种去除硼的硅提纯方法，该方法将金属硅加热熔成金属硅液，保持金属硅液温度在1600℃～1900℃，然后向金属硅液中通入氩气、氧气、以及水蒸气的混合气体，同时加入造渣剂偏硅酸钠，对金属硅液进行熔炼，将熔炼后的硅冷却铸锭后切除杂质富集部分。其缺点是：采用向金属硅液中通混合气体的方式，通气部件靠近金属硅液的部分，容易腐蚀、损坏，因此对设备要求较高；并且高温下，混合气体中氧化性气体与硅反应，造成硅损失。

CN102153088A公开了一种金属硅的造渣酸洗除硼方法，该方法将造渣剂预熔并装入加料仓中，将金属硅料装入熔炼坩埚中，抽真空后充入氩气，加热熔化金属硅，反应后，将液态金属硅料倒入模具中，冷却制得金属硅锭；将金属硅锭经破碎、研磨、过筛得金属硅粉，用乙醇浸泡除油，再用盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸浸泡至少一次，清洗，得到提纯金属硅。其缺点是：操作步骤复杂，在对金属硅锭破碎、研磨时，容易二次引入杂质，并且硅浪费严重、生产成本高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种采用冶金法降低金属硅中硼杂质含量的方法，该方法操作步骤简单，对设备要求不高，且不易引入杂质且不会造成硅浪费，生产成本低。

本发明的技术解决方案是：

一种采用冶金法降低金属硅中硼杂质含量的方法，其具体步骤是：

1.1将质量比为1:0.5～1:5的碳酸钙粉与二氧化硅粉进行混合，得造渣剂；

1.2将质量比为1:0.5～1:2.5的造渣剂与金属硅粉进行混合，加入浓度为0.1%～10% H₂O₂搅拌均匀，其中，造渣剂与加入的H₂O₂的质量体积比为1:2～1:5g/ml，自然冷却干燥，得混合物料；

1.3将混合物料加入至陶瓷坩埚容积的1/3处，启动由中频等离子加热器和中频感应线圈组成的加热装置，在55KHz～65 KHz频率下，使混合物料熔化，然后加入金属硅粉填满陶瓷坩埚，金属硅粉熔化后反复补充金属硅粉，直至熔化后的金属硅粉填满陶瓷坩埚，关闭中频等离子加热器，增加中频感应线圈的频率至75KHz～85 KHz，继续加热，使金属硅粉完全熔化为金属硅液，并继续熔炼5min～40min；

1.4将带有冷却系统的石英棒浸入金属硅液中，以30转/min～200转/min的速度转动, 渣相附着于石英棒上，转动2min～15min后，将石英棒提出，轻敲石英棒，渣相自动脱落；

1.5反复将石英棒浸入金属硅液中转动除渣相2次～5次，去除硅液中的渣相。

所述碳酸钙粉的硼含量＜0.05ppm、平均粒度为100～200目，二氧化硅的硼含量＜0.01ppm、平均粒度为50目～100目，金属硅粉的硼含量＜30ppm、粒度为1目～200目。

所述陶瓷坩埚放置在中频感应线圈内，其间由里到外设置保温材料层和石棉布，所述中频等离子加热器设置在陶瓷坩埚上方。

所述带有冷却系统的石英棒内通入氩气制冷，氩气流量为14 L/min～20L/min。

所述带有冷却系统的石英棒内径为4cm～5cm，高为25cm～35cm。

所述加热装置的加热温度为1420～1470℃。