[发明专利]一种电子束造渣熔炼去除多晶硅中杂质硼的方法

说明书

技术领域

本发明属于用物理冶金技术提纯多晶硅的技术领域，特别涉及一种利用电子束去除多晶硅中杂质硼的方法。

背景技术

在能源紧缺、倡导低碳环保的社会，太阳能作为一种环保新能源，具有重大的应用价值。太阳能电池可以将太阳能转换为电能，太阳能级多晶硅材料是制造太阳能电池最重要的基础原材料，但其高昂的制造成本以及复杂的制造工艺是制约光伏产业大发展的瓶颈，严重阻碍了我国太阳能电池的推广和使用。

目前，世界范围内制备太阳能级多晶硅材料的主要技术路线有：改良西门子法，硅烷法，冶金法。其中改良西门子法的原理就是在1100℃左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，生成多晶硅沉积在硅芯上。但是改良西门子法能耗高、污染严重，属于欧美淘汰的旧技术。硅烷法就是硅烷（SiH₄）热分解制备多晶硅的方法，但是该工艺生产操作时危险性大（硅烷易燃易爆）、综合生产成本较高。冶金法主要包括：电子束熔炼法、等离子束熔炼法、定向凝固法、造渣法、电解法、碳热还原法等。

相比而言冶金法具有生产周期短、污染小、成本低的特点，是各国竞相研发的重点。电子束熔炼技术是冶金法制备太阳能级中重要的方法之一，它是利用高能量密度的电子束作为熔炼热源的工艺方法，它应用于冶金熔炼中，用于熔化提纯材料，已知申请号为200810068908.0的一种太阳能级硅的制备方法的发明专利，利用感应加热的定向凝固炉进行造渣熔炼除硼，但是此方法中工艺复杂，生产周期较长，成本较高，杂质去除效率不高。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种电子束造渣熔炼去除多晶硅中杂质硼的方法，结合了造渣除硼和电子束除去挥发性杂质，将多晶硅中的杂质硼去除到0.0001%以下的程度，从而达到太阳能电池用硅材料的使用要求。

本发明采用的技术方案是：一种电子束造渣熔炼去除多晶硅中杂质硼的方法，首先备料：将洗净后的多晶硅料及造渣剂均匀混合形成混合料；再预处理：将混合料放入电子束熔炼炉内的熔炼坩埚中，对熔炼坩埚进行水冷，预热电子枪；最后提纯：采用小束流电子束轰击混合料，混合料熔化后增大电子束至250-500mA进行熔炼，杂质硼在熔炼过程中与碱性造渣剂反应生成气体挥发而去除，冷却凝固得到低硼的多晶硅锭。

所述备料：首先取高硼多晶硅料，用去离子水清洗4-5次，放入烘干箱中60℃烘干，将烘干的高硼多晶硅料与碱性造渣剂按比例均匀混合形成混合料；

所述预处理：用真空泵组将电子束熔炼炉真空抽至0.002Pa以下；对底部带冷却的熔炼坩埚进行水冷，温度维持在25-45℃；预热电子枪，设置高压为28-30kV，高压预热5-10分钟后，关闭高压，电子枪束流设置为100-200mA，进行预热，预热10-15分钟后，关闭电子枪束流。

所述提纯：打开电子枪的高压和束流，稳定后用电子枪以150-300mA束流轰击混合料，待混合料完全熔化后增大电子束的束流到250-500mA，此束流下熔炼10-30min，高温下熔池中杂质硼与氧化性碱性造渣剂反应生成气体而挥发去除，降低束流为零，熔池冷却凝固，形成低硼的多晶硅锭。

所述碱性造渣剂为SiO₂-CaO-CaF₂，其中各组分所占的质量百分比为SiO₂20-40%，CaO40-60%和CaF₂10-30%。

所述混合料中碱性造渣剂与多晶硅料的质量比为0.1-0.8。

所述高硼多晶硅料为块料或粉料。

本发明的显著效果是采用了文献未有任何公开的电子束造渣熔炼的技术，结合了造渣除硼和电子束除去挥发性杂质的特点，利用氧化性强的碱性造渣剂与高硼多晶硅料形成混合料，而后在电子束产生的高温下熔化，杂质硼与造渣剂中的氧反应产生挥发性较强的气态物质，最终被抽真空装置抽走，从而实现去除硼杂质的目的，以满足太阳能级硅的使用要求。此方法与感应加热的定向凝固造渣熔炼方法相比，工艺更加简单，有效将电子束与造渣工艺结合，工艺条件温和易于操作，生产周期短，节能降耗，提纯效果好，技术稳定，生产效率高。

附图说明

附图1为本发明一种电子束造渣熔炼去除多晶硅中杂质硼的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图1详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1