[发明专利]一种多晶硅介质熔炼用造渣剂及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅介质熔炼领域，具体涉及一种多晶硅介质熔炼用造渣剂及其使用方法。

背景技术

当今世界能源危机与环境污染压力并存，人们急需清洁、安全，可持续的新能源。太阳能作为满足这样要求的能源，一直都是人们追求的目标。人们对太阳能的使用最早是其热效应的利用，但难以完全满足现代社会的需要。直到半导体光电效应的发现，太阳能电池的制造，人们找到太阳能新的利用方式。硅作为太阳能电池的最理想原料，其中的杂质主要有Fe、Al、Ca等金属杂质和B、P等非金属杂质，而这些杂质元素会降低硅晶粒界面处光生载流子的复合程度，而光生载流子的复合程度又决定了太阳能电池的光电转换效率，所以有效的去除这些杂质在太阳能电池的应用方面有着至关重要的作用。

太阳能光伏产业的发展依赖于对硅原料的提纯，在多晶硅提纯的过程中包括介质熔炼、定向凝固、电子束提纯和铸锭工艺。冶金法因具备工艺简单、成本较低的优点极具发展潜力。诸多方法中以造渣法要求设备最为简单，最容易工业化推广。因而介质熔炼最具现实的研究价值和应用前景。

分配系数反映了溶质在两相中的迁移能力及分离效能。硼在渣剂中的质量分数与在硅液中的质量分数之比叫硼分配系数，用L_B表示。它说明渣剂脱硼后，硼在渣剂与硅液间达到的分配比例。目前，国内外现有渣系的实际分配系数L_B较低，数值2-4，从而意味着除硼效果不是很理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅介质熔炼用造渣剂及其使用方法，能够有效提高硼分配系数L_B，提高除硼效果。

本发明的技术方案如下：

一种造渣剂，按重量百分比，由以下原料混合而成：Na₂SiO₃30%～60%、SiO₂20%～50%、TiO₂1%～15%和Al₂O₃1%～5%。

所述造渣剂，按原料配比称取各原料混合均匀即可制得。

本发明还提供一种造渣剂在多晶硅介质熔炼中的使用方法，该方法包括将造渣剂加入到硅液中进行介质熔炼的步骤，所述的造渣剂为本发明所提供的造渣剂。

在上述使用方法中，所述的造渣剂与硅液的质量比优选为0.3～1.2:1。

本发明的一种造渣剂在多晶硅介质熔炼中的使用方法，优选技术方案包括如下步骤：

（1）将硅料加入到熔炼坩埚内，采用中频感应炉加热至硅料全部熔化成硅液；

（2）将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀；

（3）混合好的造渣剂加入到步骤（1）的硅液中，加热至造渣剂全部熔化，进行介质熔炼；

（4）介质熔炼结束后，将浮在熔体表面的炉渣全部倾倒出；

（5）重复步骤（3）～（4）2～4次，得到的硅液倾倒入模具中冷却凝固。

在上述使用方法的技术方案中：

所述步骤（1）中优选采用以下方案：将硅料加入石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至50～250kW，经30～80min使硅料全部熔化成硅液。

所述步骤（2）中混合时间优选为5～20min。

所述步骤（3）中造渣剂与硅液的质量比优选为0.3～1.2:1。

所述步骤（3）中可以将混合好后的造渣剂一次性加入后，保持感应炉功率30～150kW加热升温，熔体上表面温度达到1650～1750℃后，保温20～60min进行介质熔炼；也可以将混合好后的造渣剂等分成4～10份，间隔10～20min依次加入，保持感应炉功率50～200kW，完全加入后，保持感应炉功率30～150kW加热升温，熔体上表面温度达到1650～1750℃后，保温20～60min进行介质熔炼。

所述步骤（4）中优选采用以下方案：介质熔炼结束后，控制温度1500±20℃将浮在熔体表面的炉渣全部倾倒出。

所述步骤（5）中，所得硅液冷却凝固后，经ICP-MS测量其硼含量,采用本发明的方法提纯的硅料，其硼含量为0.20ppmw以下。

本发明的有益效果：（1）造渣剂中TiO₂和Al₂O₃的加入，可将硼在渣剂和硅液中的分配系数L_B数值从2～4有效提高了1～2，提高除硼效果；（2）在多晶硅介质熔炼提纯过程中分次加入造渣剂，有效提高造渣剂的利用率35%以上。（3）采用本发明的造渣剂及使用方法提纯硅料，可以将硅料的硼含量降低至0.20ppmw以下。