[发明专利]一种去除多晶硅中的磷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能级多晶硅提纯领域，尤其是涉及一种低真空造渣的去除多晶硅中磷的方法。

背景技术

近年来，国内外都在大力发展可再生能源，而太阳能以其独特的优势而广泛发展。太阳能电池有薄膜电池及硅晶体电池，而薄膜电池由于转换效率较低制约其发展。硅晶体电池由于原料来源丰富、转换率高而成为太阳能电池的发展的首选。多晶硅太阳能电池成为全球关注的热点。多晶硅提纯主要有改良西门子法及物理法。采用改良西门子法制备高纯多晶硅的工艺较为复杂，投资成本高，且中间产品SiHCl₃（或SiCl₄）有剧毒，存在安全隐患。而冶金法主要是利用不同元素的物理性质差异来使之分离，主要包括吹气、造渣、等离子体、定向凝固、电子束熔炼等。工艺相对简单，成本低廉，且对环境的造成污染相对较小，已成为太阳能级多晶硅的主要发展方向。

磷杂质会影响硅材料的电阻率和少子寿命，从而影响太阳能电池的转换效率及使用寿命。磷的分凝系数为0.35，无法像金属杂质一样通过定向凝固有效的去除。磷的饱和蒸汽压较高，目前除磷的主要方式是利用高真空冶炼除磷。

中国专利申请CN101289188A公开了去除多晶硅中杂质磷和金属杂质的方法及装置,先将真空室抽低真空至1Pa，再抽高真空至1.2x10^-2～1.0x10^-1Pa，并配合电子束熔炼，而达到去除杂质磷的目的。中国专利申请CN101905886A公开了一种电子束梯度熔炼提纯多晶硅的方法，将预先处理的金属硅放置高真空室中，真空度为1.0x10^-2～1.5x10^-2Pa，逐步降低电子束的束流熔炼挥发除磷。以上专利申请均采用了真空配合电子束熔炼，能耗大、成本高。中国专利申请CN201210024702.4公开了一种掺杂氯化物的渣系去除工业硅中硼磷杂质的方法，具体步骤：配好造渣剂；将工业硅加入石墨坩埚中；启动中频感应电源加热，均匀增加功率，使物料熔化，保持温度在1600-1800℃，同时搅拌使硅液和造渣剂混合反应，造渣充分后，降低中频频率，将渣系倒入应接水箱中，水冷后硅与渣分离，所述的渣系为Na₂CO₃-SiO₂-RCl,RCl为CaCl₂,MgCl₂,AlCl₃，这种方法中的渣系对磷的去除效果还有待于提高。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除多晶硅中的磷的方法，该方法去除磷效果明显，同时也降低硼的含量，且在低真空度下进行，能耗低，即生产成本降低。所得的多晶硅中磷的含量在0.2ppm以下。

本发明的另一个目的是提供一种去除多晶硅中的磷的装置，该装置结构简单，且容易操作。

为实现本发明的第一个发明目的，一种去除多晶硅中的磷的方法，包括如下步骤：

（1）金属硅与造渣剂以质量比为100:1～100：10在石墨坩埚中混合，其中，造渣剂为NaCl-KCl-LiCl-AlCl₃；

（2）加热步骤（1）的混合物，至金属硅完全熔化成硅液，保持硅液温度在1550～1800℃；

（3）对石墨坩埚内抽真空，至压强在1～10Pa，同时，往硅液中通入氩气，速率为10～15L/min；

（4）静置1～2h后，保持硅液温度在1450～1550℃，石墨坩埚以0.10～0.15mm/min的速率下降，离开加热区，进行定向凝固，冷却后取出硅锭，切除上层杂质富集区，得到提纯后多晶硅。

所述的金属硅中杂质的含量B为2.3ppm，P为10.2ppm，Fe为752ppm，Al为362ppm，Ca为27ppm。

所述造渣剂中NaCl质量百分比占20～30%，KCl的质量百分比占20～30%，LiCl的质量百分比占20～30%，余为AlCl₃。

优选的，金属硅与造渣剂的质量比100:5～100：10。

所述的步骤（2）的加热采用感应加热，使熔融硅液的温度保持在1550～1800°C。感应加热的时候，采用中频熔融原料硅，中频炉功率控制在100～200KW。