[发明专利]一种金属硅表面处理提纯方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属硅的提纯方法，尤其涉及一种金属硅表面处理提 纯方法。

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。

据权威机构预测，未来10年的光伏市场仍会由晶体硅太阳电池主导。 而近5年来，太阳级硅原料的价格曾经上涨到$500/kg，尽管目前回落到 $100/kg左右，但是材料成本仍然占到总成本的25％以上，成为降低电池 成本最难以突破的环节之一。在高纯多晶硅提纯技术中，改良西门子法、 硅烷法占据了几乎98％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。因此，国内 外低成本的太阳能级多晶硅新工艺的技术开发迅速发展起来，逐渐把生产 低纯度的太阳能级多晶硅工艺和高纯度电子级多晶硅工艺分离出来，以降 低太阳能级多晶硅的生产成本。在这些低成本制备太阳能级多晶硅的方法 中，物理冶金法提纯金属硅的技术被认为是具有发展前景的技术。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，B和P的分凝系数(分别为0.8和0.35)较大，用定向凝固的方法很难 去除。而且，当金属杂质浓度很高(大于1ppmw)时，金属杂质不能通过 定向凝固的办法去除。所以，有效的除去B、P以及大幅降低金属杂质浓 度至1ppmw以下，将是生产低成本的太阳能级硅的有效途径。

发明内容

本发明提供一种低成本、低能耗、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。

一种金属硅表面处理提纯方法，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)以醇或酮(其中醇或 酮分子中含碳原子个数为1-6)为介质，球磨至0.005-0.03mm，在氩气气 氛下烘干，以此减少硅颗粒表面的氧化；

3)将步骤2)的产物(球磨、烘干的金属硅)加热至1050～1350 ℃，保温30～120分钟，以1～10℃每分钟的速率降温至700～900℃，保温 30～150分钟之后冷却至室温；

4)将步骤3)的产物(冷却至室温的金属硅)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；

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。

步骤1)所述的金属硅的粒径大小为0.05mm～10mm。

作为进一步的优选，步骤3)中，将步骤2)的产物加热至1100～1200 ℃，保温60～120分钟，以1～10℃每分钟的速率降温至700～800℃，保温 60～150分钟之后冷却至室温。

作为进一步的优选，步骤3)中所述的盐酸的质量百分比浓度为 8％～15％；所述的氢氟酸的质量百分比浓度为3％～8％。

本发明利用了硅中杂质外扩散和表面吸杂的原理，首先在金属硅表面 人为造成大量缺陷，形成损伤层。由于损伤层电学活性很高，在高温下可 以吸附金属硅中的杂质，我们可以利用损伤层的这个性质对金属硅进行初 步提纯处理，能将金属硅纯度初步提纯到99.99％～99.999％(4～5N)，可以 作为太阳能电池用硅材料或进一步提纯的原料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0.05mm的金属硅在丙酮中以超声去油、洗净；

2)将步骤1)的产物以乙醇为介质，球磨至0.005mm，将所得产物 在氩气气氛下烘干；

3)将步骤2)的产物放入退火炉中，加热至1050℃，保温30分钟， 以1℃每分钟的速率降温至700℃，保温30分钟，之后随炉冷却；

4)将步骤3)的产物取出，用质量百分比浓度为5％的盐酸和质量百 分比浓度为1％的氢氟酸按体积比1∶1浸泡1个小时后，用去离子水清洗 干净。可以得到纯度为4N的高级金属硅材料。(杂质含量经过ICPMS测 试，具体见下表，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)