[发明专利]一种快速测量多晶硅中微量硼杂质的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅提纯技术领域，特别是涉及一种快速测量多晶硅中微量硼杂质的方法。

背景技术

能源危机和传统能源对环境的污染已成为社会和国民经济发展的主要制约因素。为维持可持续发展，世界各国都在积极调整能源结构，大力发展可再生能源，多晶硅太阳能电池成为全球关注的热点。

近年来，太阳能电池作为一种可持续发展的新能源得到了迅猛的发展。作为光伏产业的基础原材料，多晶硅出现了供不应求的现象，国内多晶硅生产企业相继建立。多晶硅是光电转换的基础材料，其杂质含量直接影响太阳能电池的光电转化效率，特别是硼元素，由于硼杂质的含量对太阳能电池的性能有很大的影响，要求硼含量不高于0.3ppm，因此，快速准确地测定多晶硅中硼杂质含量，对于多晶硅的生产和应用十分重要。国家标准中只提供了多晶硅中铁、铝、钙3种元素的测定方法，其中铁、铝为比色法，钙为原子吸收法和比色法。对其余杂质元素，特别是硼杂质的测定，没有统一的标准方法。

目前，测定多晶硅中硼杂质含量的方法主要有分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等，由于分光光度法测定多晶硅中硼杂质含量的方法操作复杂，检测周期较长，消耗试剂也较多，测量结果精确度较差，无法满足高品质硅中硼含量的测定要求；电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）存在基体铁的多谱线干扰，需用基体匹配进行克服，且无法满足多晶硅中低含量硼杂质的精确测量的要求，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）具有检测限低，干扰少，动态线性范围宽，分析精密度高，满足多元素同时测定等特点。但其在溶样过程中，由于硅与氢氟酸、硝酸反应，温度不断升高，反应生成的BF3与水及氢氟酸继续反应，生成硼酸及氟硼酸，接着，硼酸与甘露醇反应生成络合酸，再与氢氟酸反应生成沸点为130℃的氟硼酸，所以加热温度需控制在120℃以内，导致加热溶解样品的时间需要4h左右，溶样耗时长，且仪器测量记忆效应比较大，影响了多晶硅中低含量硼杂质的精确测量。因此，开发一种分析效率高、能快速准确地测定多晶硅中低含量硼杂质的方法，是当前太阳能多晶硅行业杂质测定的主要难题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、测量精确、能快速测量多晶硅中硼含量的方法。

为了实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种快速测量多晶硅中微量硼杂质的方法，包括以下步骤：

1）称取多晶硅样品作为试样；

2）向上述试样中加入络合剂甘露醇溶液；

3）向上述已加入络合剂的试样中加入K₂CO₃溶液，形成第一溶液试样；

4）向上述第一溶液试样中加入氢氟酸，再缓慢滴入硝酸，用于溶解第一溶液试样；

5）待上述第一溶液试样溶解完后，将所得溶液移到加热板上加热；

6）待步骤5）溶液加热至白烟冒尽后，停止加热，并向试样中加入盐酸浸泡后，再用少量的纯水稀释，冷却，形成第二试样溶液；

7）向上述步骤6）所得第二试样溶液中加入适量的甲醇，并摇匀，再用纯水定容，形成第三试样溶液；

8）先用氨水冲洗ICP-MS，再用纯水冲洗；

9）待ICP-MS冲洗完，将步骤7）所得的第三试样溶液采用ICP-MS检测，即得到步骤1）所述试样中硼的含量。

首先，本发明在溶样过程中采用络合剂甘露醇络合硼，其次，往试样溶液中加入K₂CO₃溶液用于固定硼，最后，加入氢氟酸与硝酸加热溶解，由于硅与氢氟酸、硝酸反应，温度不断升高，反应生成的BF₃与水及氢氟酸继续反应，生成硼酸及氟硼酸，硼酸与甘露醇反应生成络合酸，再与氢氟酸反应生成沸点为130℃的氟硼酸，生成的氟硼酸继续与碳酸钾反应，转化为一种熔点为530℃的化合物KBF₄，从而减少硼在消解过程中的损失，而且可以将温度升高到130～220℃加热，大大缩短了溶样时间，其反应机理如下：

Si+4HNO₃+6HF→H₂SiF₆+4NO₂+4H₂O

3Si+4HNO₃+12HF→3SiF₄+4NO+8H₂O