[发明专利]一种低硼、磷高纯工业硅的制备方法

说明书

本发明涉及一种低硼、磷高纯工业硅的制备方法，属于高纯硅材料制备技术领域。硅料的预处理：将工业硅料进行预处理；将硅粉进行金属纳米粒子的沉积，采用一步或两步金属纳米颗粒辅助刻蚀法；对硅粉进行去除金属纳米颗粒；将得到的去除金属纳米颗粒工业硅粉快速退火；将退火后多孔工业硅粉进行酸浸处理，酸浸过后采用去离子水清洗，直至洗液pH变为中性，过滤、烘干得到高纯硅粉。本方法先通过采用金属纳米颗粒辅助刻蚀法在硅料表面及内部“钻出”大量纳米级孔道结合快速热退火处理使包裹的金属夹杂物充分暴露和促进非金属B、P杂质往缺陷处迁移，最后结合常规酸浸处理来达到深度脱除工业硅中金属、非金属B、P杂质的目的。

技术领域

本发明涉及一种低硼、磷高纯工业硅的制备方法，属于高纯硅材料制备技术领域。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭及环境保护意识的不断提高，寻找一种高效且环境友好的可替代能源成为国内外科研工作者迫切需要解决的国际难题。太阳能发电因清洁无污染、资源相对广泛和充足、寿命长等优点而被寄予厚望，成为当今各国研究的热点。在众多太阳能电池材料中，多晶硅毫无疑问是运用最为广泛的转换材料，如何低成本地获得太阳能级多晶硅成为直接影响太阳能电池发展的重要因素。其中杂质去除又是太阳能级多晶硅制备的核心环节，因此，一种高效、低成本的工业硅中杂质深度脱除技术对太阳能电池发展具有重要意义。

目前，硅提纯的方法主要可分为两类，一类是化学法，主要包括改良西门子法、硅烷法、流化床法等，另一类是物理法，俗称冶金法。目前商业化应用较多是改良西门子法，该方法具有工艺成熟、可实现连续化生产、且产品具有质量高等优点，但也存在工艺流程多、基建费用高昂、成本高、能耗高、核心技术主要由少数发达国家所垄断等问题不断迫使我们寻求更多可行多晶硅生产技术。其中冶金法因其基建投资少、能耗相对较低、环境友好等优点，被公认为高纯硅制备最有前途的一种工艺，其主要包括：定向凝固、真空熔炼、造渣精炼、氧化造渣、湿法提纯、熔盐电解等方法，为了实现太阳能级硅对杂质的要求，冶金法中通常采取多种方法联合来实现制备高纯硅的目的。由于湿法提纯过程具有低能耗、低成本等优点，常常成为冶金法提纯工业硅工艺中的一个必要的环节，这也使得工业硅的湿法提纯处理已经成为国内外科研工作者研究的热点。

湿法提纯是基于硅基体与杂质在酸性溶剂体系中所存在的化学稳定差异，利用酸的腐蚀特性将杂质离子化浸出的过程。然而由于硅中杂质相形状、大小和位置具有随机分布且容易被包裹等特点，要使硅中金属杂质相、固溶非金属杂质在酸浸处理过程中与浸出液完全接触并充分反应几乎是不可能的，这也导致常规湿法处理难以实现硅中杂质深度脱除的问题。

《引入纳米多孔强化工业硅中杂质脱除研究》李绍元等，以工业硅粉为原料，分别采用化学刻蚀法，一步金属辅助刻蚀法和两步金属辅助刻蚀法制备多孔工业硅粉。《金属辅助刻蚀法引入多孔结构强化工业硅中杂质脱除研究》使用两步金属辅助刻蚀法在冶金硅粉表面及内部引入多孔结构以强化杂质脱除，并对刻蚀过程中的杂质去除机理进行了初步探究。但是上述现有技术依然存在对工业硅中非金属杂质B、P去除效果有限的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种低硼、磷高纯工业硅的制备方法。本方法以较低纯度的工业硅粉作为原料，先通过采用金属纳米颗粒辅助刻蚀（MACE）法在硅料表面及内部“钻出”大量纳米级孔道结合快速热退火处理使包裹的金属夹杂物充分暴露和促进非金属B、P杂质往缺陷处迁移，最后结合常规酸浸处理来达到深度脱除工业硅中金属、非金属B、P杂质的目的。本发明所述方法具有设备要求简单、操作容易、适合规模化工业生产。本发明通过以下技术方案实现。

一种低硼、磷高纯工业硅的制备方法，其具体步骤如下：

步骤1、硅料的预处理：将工业硅料进行破碎、研磨得到硅粉（粒度0.5~1000μm），硅粉采用去离子水清洗后，按照液固比为3:1mL/g以上采用浓度为1~40wt%的HF溶液浸泡硅粉，在温度为10~100℃浸泡1~120min，浸泡完成后用去离子水清洗、过滤分离得到硅粉；