[发明专利]一种用铝膜包覆提纯金属硅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属硅的提纯方法，尤其涉及一种用铝膜包覆提纯金 属硅方法。

背景技术

太阳能分布广泛，是一种用之不竭的清洁能源。太阳能电池能将太阳 能转化为电能，但目前太阳能电池的价格比较高，尤其是作为光伏市场主 体的晶硅电池成本依然很高，这严重影响了太阳能的推广和使用。

目前光伏市场由晶体硅太阳电池主导。而近年来，硅材料成本占到总 成本的25％以上，成为制约太阳能电池进一步发展的瓶颈。在高纯多晶硅 提纯技术中，改良西门子法、硅烷法占据了90％以上的份额。但是，利用 这些方法得到的硅原料纯度可达9N，远高于太阳能级硅的7N要求，且成 本难以降低。低成本的物理冶金法可以直接将金属硅提纯至太阳能级的要 求，因此有望取代西门子法而大幅降低材料成本。

一般认为，大多金属杂质在硅中的分凝系数都很小，可用定向凝固方 法去除，但是，当金属杂质浓度很高(大于1ppmw，ppmw是指按质量计 的百万分之一，即指在每克硅中有1微克的金属杂质)时，金属杂质不能 通过定向凝固的办法去除。在对金属硅进行提纯之前，必须先大幅降低金 属杂质浓度至10^-6cm^-3以下，使得定向凝固能够发挥最大的作用。

发明内容

本发明提供一种低成本、属于物理法提纯范畴的金属硅的提纯方法。 通过本方法制备高级金属硅，可以作为太阳能电池用硅材料或进一步提纯 的原料。

一种用铝膜包覆提纯金属硅的方法，包括如下步骤：

1)将金属硅去油、洗净；

2)将步骤1)的产物(去油、洗净的金属硅)加入到氢氧化铝胶体中 (氢氧化铝胶体中，氢氧化铝与水的质量比为15∶1～3∶1)，其中氢氧化 铝与硅的质量比为2∶1，混匀，干燥，在金属硅表面人为形成均匀的铝膜；

3)将步骤2)的产物(表面形成铝膜的金属硅)在水煤气气氛(体积 比H₂∶CO＝1∶1)中加热至800～1000℃，保温2～5h；降温至650～750℃， 保温1～3h；冷却至室温(降温时，对所需的气体氛围没有特殊要求。)， 使铝膜和硅合金化，形成AlSi合金，同时铝向晶体硅体内扩散，在靠近 AlSi合金层处形成一高铝浓度掺杂的p型层。在铝合金化或后续热处理中， 硅中的杂质会扩散到AlSi合金层或者高铝浓度掺杂层沉淀，从而导致体 内杂质浓度大幅度减小。

4)将步骤3)的产物(冷却到室温的金属硅)取出，用盐酸和氢氟酸 的混合溶液浸泡1～5个小时后，用去离子水清洗干净；将硅片表面在化学 溶液中去除AlSi层、高铝掺杂层，从而达到去除杂质的目的。

所述的盐酸的质量百分比浓度为5％～20％；

所述的氢氟酸的质量百分比浓度为1％～10％；

所述的盐酸与氢氟酸的体积比1∶1。

所述的金属硅的粒径大小为0.05mm～10mm。

进一步优选，步骤1)中所述的金属硅的粒径大小为0.1mm～5mm。

步骤1)所述的干燥温度是60～100℃。

步骤3)进一步优选：将步骤2)的产物(表面形成铝膜的金属硅) 在水煤气气氛(体积比H₂∶CO＝1∶1)中加热至900～950℃，保温4h；降 温至650～700℃，保温2h；冷却至室温。

步骤4)进一步优选：步骤4中所述的盐酸的质量百分比浓度为 8％～10％；所述的氢氟酸的质量百分比浓度为1％～5％。

本发明利用铝吸杂对金属硅中的杂质进行初步的吸杂处理，工艺简 单，大幅降低了成本，可得到较纯的硅材料以用于后续的提纯工艺。

具体实施方式

实施例1

1)将粒径大小为0.01mm的金属硅用丙酮超声去油、洗净；

2)将步骤1)的产物加入到氢氧化铝胶体中，充分搅拌，60℃蒸干， 其中，氢氧化铝与硅的质量比为2∶1，氢氧化铝胶体中，氢氧化铝与水的 质量比为15∶1；

3)将步骤2)的产物放入退火炉中，在水煤气气氛(体积比H₂∶CO＝1∶1) 中加热至800℃，保温2h；降温至650℃，保温1h；随炉冷却至室温；