[发明专利]硅的再利用方法及利用该方法制造的硅和硅锭

说明书

技术领域

本发明涉及硅的再利用方法。另外，本发明涉及利用该方法得到的硅和硅锭(silicon ingot)。更具体而言，本发明涉及通过除去切割硅锭产生的硅废料(silicon scrap)中所包含的内含物和杂质来再利用硅。

背景技术

随着对能源问题如化石燃料资源枯竭和环境问题如全球变暖的意识日益增强，近年来对太阳能电池的需求迅速增长。要求太阳能电池用硅具有99.9999％以上的高纯度和0.5Ωcm以上的电阻率，并使用制造半导体工业或IC基底所用的高纯硅时产生的不合格产品作为原料。然而，半导体用高纯硅是昂贵的，并且不合格产品的产量小，因此供应受限。由于此前电子设备用硅的不合格产品的产量超出对太阳能电池的需求，所以到目前为止未出现问题。然而，近来，对太阳能电池的需求大于电子设备用硅不合格产品的产量，太阳能电池用原料硅的短缺已成为严重的问题。强烈需要尽早解决此问题。

在这种情况下，目前，通过以下方法制造太阳能电池所用的主流原料多晶硅锭。如前所述，将制造半导体工业中使用的高纯硅或IC基底时产生的不合格产品熔融在铸模(mold)中并在同一铸模中凝固，或者将熔融在坩埚中的硅投入独立的铸模并在其中凝固，由此得到多晶硅锭。在任何情况下，由于使熔融态的硅在铸模中凝固是必要的，所以将脱模剂涂覆在铸模的内表面上。脱模剂用于减轻硅凝固和冷却过程中在硅锭中产生的热应力并防止活性硅熔体与铸模反应造成熔化。

通常，通过下述方法形成脱模剂：将氮化硅、碳化硅、氧化硅等粉末混合在适当的粘结剂和溶剂组成的溶液中，并搅拌该混合物，从而制得浆料，并通过例如涂覆或喷涂等方法涂覆铸模的内表面。另外，通常如下制备浆状脱模剂：适当地混合例如水或乙醇等溶剂、用于涂覆成型的粘结剂、用于提高流动性的添加剂等，并搅拌该混合物。

在成型用粘结剂中最常用于脱模剂的物质为PVA(聚乙烯醇)。由于PVA具有优异的粘性，所以适合用于在粉末间进行粘结和粘合。该成型用粘结剂在其后的步骤中经加热或与熔体接触会变成热分解物。为避免成型用粘结剂产生的热分解物混入熔体，在涂覆成型用粘结剂之后，通常在氧化气氛下于约600℃～900℃进行去除粘结剂的过程。

以上根据本申请人所知的一般技术情报，对与本发明有关的现有技术进行了说明，就本申请人所知，本申请人没有应作为本申请之前的现有技术文献情报公开的情报。

发明内容

本发明解决的问题

在真空下或惰性气氛中去除粘结剂的过程中，构成粘结剂的有机高分子的热分解快速进行。从而，使氢原子脱出，CH线性伸展，然后形成环状，由此形成环状化合物例如苯等。该化合物进一步反复脱氢，实现相当大程度的缩合，并生长为含有大量碳的煤烟(soot)。换言之，对有机高分子进行构造，使氢原子朝着所述高分子的外侧正常地排列在碳原子骨架的周围，并且所述高分子为直链状，由于氢原子之间的排斥力而没有发生聚集。然而热能的供给增加了氢原子和碳原子之间键合的振动能，由此造成键的断裂和氢原子的脱出。一旦该高分子稳定为煤烟，则难以通过热分解将其除去。因而，煤烟与硅熔体接触，同时仍混合在脱模剂中或附着在脱模剂的表面上。与熔体接触的煤烟或者共混到熔体中的碳形成碳化硅(SiC)，碳化硅不仅使太阳能电池的性能劣化，还由于其作为夹杂物析出而降低了成品率。另外，可能造成例如晶片切割中所使用的线锯(wire saw)的切断等问题。

因而，在制造多晶硅锭时，由于脱模剂或粘结剂的热分解以及与硅熔体的反应所形成的SiC附着在硅与铸模接触的部分，即硅锭的侧表面部分和下表面部分(bottom surface portion)。另外，由于通过单向凝固制造硅锭，所以夹杂物和杂质如剥落的脱模剂或SiC浮至表面并在硅锭的上表面部分凝聚。因而，用金刚石锯切掉含脱模剂，特别是SiC的硅锭上表面、侧表面和下表面部分。尽管切掉部分(废料)中有一部分在切去含夹杂物或杂质部分后可以进行再利用，但其大部分仍是被闲置或废弃。

本发明的目的是提供太阳能电池用高纯硅的再利用方法，该方法包括：对于从硅锭上切下的上表面废料、侧表面废料和下表面废料，除去造成线锯断线的SiC颗粒，减少杂质元素将其作为高纯度太阳能电池用硅加以再利用。另外，本发明的目的是提供利用该方法得到的硅和硅锭。

解决问题的方法