[发明专利]真空循环精炼太阳能级多晶硅设备及太阳能级多晶硅提炼方法

说明书

技术领域

本发明为一种用于提炼太阳能级多晶硅的设备与方法，尤指一种经由真空循环处理的真空循环精炼太阳能级多晶硅设备与方法。

背景技术

多晶硅产品的主要用途有两种：一种是用于制备太阳能电池，另一种是用于集成电路。两种用途对多晶硅产品的性能参数要求也不尽相同，电子级多晶硅的纯度要求达到9N～11N；而太阳能级电池在保证光电转换效率与寿命的前题下，对多晶硅纯度的要求则没有那么高，大致在5N～7N左右。

电子级多晶硅一般是使用高成本的化学法，主要是改良的西门子法，而太阳能级多晶硅则可以采用一些物理方法以降低生产成本。目前对于太阳能级多晶硅的制备，除了改良的西门子法外，还有冶金法、硅烷法和硫化床法等。

由大阳能级多晶硅材料的要求没有那么高，一般纯度达到5N-7N就可以了。如果纯度高于7个9，反而还需要对多晶硅加入适量的硼磷掺杂，于降低纯度后，才能用于光伏发电。这是一种物理矛盾，并且增加了制造成本。

RH炉真空处理又称循环法真空处理。由德国Ruhrstahl/Heraeus二公司共同开发。透过真空室下方两个导管，插入钢水，抽真空使钢水上升至一定高度，再于上升管吹入惰性气体，上升带动钢液进入真空室接受真空处理，随后经另一下行导管流回钢包。此法已成为先进钢厂的钢水主要真空处理方法。本案发明人亦已于2010.10.22于中国台湾提出冶金法多晶硅制造技术的发明专利申请案第099136030号，其揭露一种利用RH真空循环脱气炉除硼、除磷的技术，然而，在实际操作中，发现液体在上升管与下行导管之间，会有部份液体滞留于某些角落，导致液体循环效果差，进而影响到成品的纯度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种可直接精炼得到所需等级的真空循环精炼太阳能级多晶硅设备及太阳能级多晶硅提炼方法，其克服了现有技术的问题，可直接制成预定浓度的多晶硅，例如太阳能级5N-7N，不会发生因纯度高于7个N，反而还需要对多晶硅溶液加入适量的硼磷掺杂以降低纯度等问题，故可大幅减少制造时间与降低成本。又，本发明未使用上升管与下行导管，克服了同一液体未跟随搅拌移动所导致的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种真空循环精炼太阳能级多晶硅设备，其特点是：该设备包括真空脱气炉和循环法真空处理炉，其中：

该真空脱气炉包含：

真空室，包括第一抽真空嘴与结合孔；

盛硅桶，设置于该真空室内，并对应位于该结合孔的下方，用以盛装液态硅溶液或是固态硅；及，

惰性气体导入装置，设置于该盛硅桶； 

该循环法真空处理炉包含：第二抽真空嘴与单嘴连通管，该单嘴连通管经该结合孔插入该盛硅桶，并使该结合孔与该循环法真空处理炉接合处密封，又，使该惰性气体导入装置所导入的惰性气体往该单嘴连通管移动；

其中，经由该第一抽真空嘴与该第二抽真空嘴分别对该真空脱气炉与该循环法真空处理炉进行抽真空处理，并利用调整该真空脱气炉与该循环法真空处理炉的真空度来控制液态硅溶液在该循环法真空处理炉内的高度。

本发明可进一步使真空脱气炉合并一加热炉合并制成单一炉体，可降低热能的损失，进一步可使固体硅液化并提升加热效率。

本发明可再进一步使真空脱气炉与盛硅桶合并制成单一槽体，以减少真空脱气炉的体积。

本发明可再进一步使真空脱气炉、盛硅桶进一步与加热炉合并制成单一槽体，以提升加热效率、使固体硅液化与增加盛硅桶的容积。

可进一步设定真空室抽真空度达0.1～0.9 atm，循环法真空处理炉抽真空度达0.001Pa～1000Pa，而利于太阳能级多晶硅的制程。

可进一步于循环法真空处理炉装设一实时检测设备，用以检测硅熔液的浓度。并于真空脱气炉设置电浆枪，用以去除杂质。

本发明另提供一种利用上述真空循环精炼太阳能级多晶硅设备进行太阳能级多晶硅的提炼方法，该方法包括下列步骤：

(a) 液化步骤：将硅原料液化后倒入该盛硅桶内，并使硅熔液的表面高于该单嘴连通管的管口；

(b) 抽真空步骤：对该真空脱气炉与该循环法真空处理炉进行抽真空，并使该真空室的真空度达0.1～0.9大气压，该循环法真空处理炉抽真空度达0.001Pa～1000Pa；

(c) 搅拌步骤：使该惰性气体导入装置所导入的惰性气体往该单嘴连通管移动，达到带动硅熔液搅拌，以形成扩散、脱气处理；

(d) 杂质去除步骤：去除杂质；