[发明专利]一种采用高碱度精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种采用高碱度精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法。

背景技术

面对全球传统能源的日益减少以及其对人类居住环境的威胁，开发新能源已经成为人类的当务之急。在新能源中，太阳能以其无污染，可再生等优点而深受人们的关注，因此，太阳能电池材料的开发也迅速的得到发展。硅材料是应用最广泛的太阳能电池材料，改良西门子法是生产太阳能级硅的主要方法，但该方法存在投资规模大，生产成本高、污染严重等缺点。研究人员一直试图寻求一种更低成本生产太阳能级硅材料的新方法，从成本方面考虑，冶金法生产低成本太阳能级多晶硅是最具有前景的方法。

目前，由于冶金法制备太阳能级硅具有工艺简单、低成本、环境友好等诸多有点受到人们的广泛关注。冶金法生产太阳能级硅主要包括湿法冶金、吹气和造渣精炼，真空蒸发、等离子体精炼、电子束精炼、定向凝固以及合金化提纯等技术。在这些提纯技术中，造渣精炼法对工艺和设备的要求非常低，且操作方便，最易于进行工业化推广应用，更重要的是，造渣精炼在冶金级硅中杂质硼的去除上具有明显的效果。目前，国内外通常利用SiO₂-CaO、Al₂O₃-SiO₂-CaO、MgO-SiO₂-CaO、NaO_0.5-SiO₂-CaO等SiO₂-CaO基系列熔渣对冶金级硅进行精炼，可有效去除硅中的B、Al、P、S、Ca、Ga、Ge、Sr等杂质元素。

专利NO2851527公布了选用了SiO₂含量为45%以上的SiO₂-CaO渣，当向冶金级硅中加入10～30%的SiO₂-CaO渣进行精炼时，可将的原料硅中的硼含量从7ppm减低至1.6ppm。Teixeira在《ISIJ International》上发表的“Removal of boron from Molten Silicon Using CaO-SiO₂ Based Slags”（2009, 49(6): 783-787），研究了CaO-SiO₂，CaO-SiO₂-25%CaF₂和CaO-SiO₂-40%CaF₂二元及三元渣系的除硼效果，同时还得到了熔渣碱度与硼氧化物活度系数之间的关系。研究表明，碱金属加入到硅熔体中，其碱度很强，可提高硼的去除效率，碱金属化合物的加入量一般为5～30%。尹长浩等在《Journal of Semiconductors》发表“Boron removal from molten silicon using sodium-based slags”（2011, 32(9):092003），在硅中加入Na₂CO₃和SiO₂，使硅中硼含量降低到0.3ppmw。专利CN102001661A公开一种冶金硅造渣除硼的方法，该方法选用的造渣剂为Na₂CO₃-SiO₂-Al₂O₃，先将硅料融化，再将配置好的造渣剂分批投入到液态的硅料中，可得到含硼量为0.24～2.56ppm的硅锭。专利CN101671023中提到，采用Na₂CO₃-SiO₂以及CaO-CaF₂-SiO₂熔渣在真空条件下进行精炼，可将硅中硼含量从15ppm降低到0.18ppm。

目前冶金级硅除硼方法的应用主要为造渣精炼，采用简单的SiO₂-CaO二元渣很难将硼含量降低至太阳能电池应用要求，而采用其他造渣剂时，虽然可以取得较好的除硼效果，但需要经过多种造渣剂联合使用或是多次造渣工序。

本发明通过采用改善造渣剂的物理化学性质，提高碱度的方法，提出一种利用高碱度精炼剂除硼的方法，在中频感应炉中将冶金级硅粉末和精炼剂粉末充分混合后，经一次精炼即可使杂质硼去除率达到97.2%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用高碱度精炼剂去除冶金级硅中杂质硼的方法，通过下列技术方案实现。