[发明专利]太阳能级硅的制备方法及其微波熔炼炉

说明书

本发明公开了太阳能级硅的制备方法及其微波熔炼炉，解决了现有的太阳能级硅的物理冶炼法能耗高、对于金属杂质较高的金属硅原料的提纯效果有限的问题。本发明包括以下步骤：选取金属硅、粉碎，加入造渣剂装入石英坩埚，并置于可水平旋转的微波熔炼炉中进行真空熔炼，保温熔炼过程中对微波熔炼炉进行旋转，最后分段关闭磁控管控制金属硅逐步凝固，最后将所得硅锭远离微波熔炼炉中心的端部以及与坩埚粘黏的部分去除、清洗、干燥、包装得到太阳能级硅。本发明还公开了一种用于制备上述太阳能级硅的微波熔炼炉。本发明具有制备的太阳能级硅的纯度高，能耗低等优点。

技术领域

本发明涉及一种太阳能级硅的制备方法，具体涉及太阳能级硅的制备方法及其微波熔炼炉。

背景技术

随着全球性的能源危机、环境恶化、以及近年来联合国对各国温室气体排放量的限制，发展可再生能源技术已成为实现全球可持续发展的一项基本政策。太阳能光伏技术是可再生能源技术中的主要组成部分之一，近年来全球光伏产业得到飞速发展。

目前绝大部分太阳能电池是晶体硅太阳能电池。用于制备太阳能电池的单晶硅片和多晶硅片均以太阳级多晶硅(硅含量高于99.9999％或6N级)或更高纯度的高纯多晶硅为原料，这些用于太阳能电池的较高纯度的多晶硅也常常被通称为多晶硅(Polysilicon)。

由于光伏产业对多晶硅的巨大需求，全球多晶硅的价格一直居高不下，而且货源供应也较紧张。纯度较低的太阳能级硅(纯度为98％～99.5％左右)是制备多晶硅的原材料

太阳能级硅经过适当工艺提纯后可得到多晶硅。太阳能电池用多晶硅主要采用化学提纯和物理提纯两种方法进行生产，其中化学提纯方法主要有西门子法、硅烷热分解法、流化床法等，物理提纯法主要有区熔法、直拉单晶法、定向凝固铸锭法等。其中，工艺较为成熟的是西门子法。但西门子法或改良西门子法一直存在技术复杂、投资大、能耗高等缺点，而且关键技术仍掌握在少数发达国家的企业手中，存在技术封锁、市场垄断的情况。

作为制备太阳能电池的主要材料，高纯硅材料的质量和成本问题一直困扰着我国光伏行业的发展，所以，国内外众多企业在多晶硅的生产工艺领域进行了深入的研究和探索。特别是近些年，对采用物理冶金法制备太阳能级多晶硅的研究与应用工作成为了这一领域的热点，冶炼法这种物理方法被认为是一种效果好的方法，它主要利用了杂质在金属硅的液态和固态中的溶解度不一样，即所谓的分凝系数不同，通过定向凝固方法将杂质集中在端部，最后切除端部从而达到去除杂质的目的，但是在该方法中，B的分凝系数大，不好去除，且当金属杂质的含量比较高时，仍存在不好去除的问题，且能耗较高，因此，有必要对该方法及其使用的设备进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的太阳能级硅的物理冶炼法能耗高、对于金属杂质较高的金属硅原料的提纯效果有限。

本发明通过下述技术方案实现：

太阳能级硅的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：选取金属硅、粉碎，并均匀混入造渣剂形成混合物；

步骤二：将混合物装入石英坩埚，并置于可水平旋转的微波熔炼炉中；

步骤三：对石英坩埚中的原料进行微波加热，在加热过程的同时用真空泵抽真空；

步骤四：当温度上升到保温熔炼温度时，关闭真空泵，关闭真空泵与微波熔炼炉连接的通气管一上的阀门一，并拔下真空泵的通气管，并开启注入保护气氛，注入完成后关闭保护气体的通气管二上的阀门二，拔下保护气体的通气管二，并开启旋转装置；

步骤五：金属硅在微波熔炼炉中在旋转状态下进行保温熔炼；

步骤六：从微波熔炼炉的中心向两端分段断开磁控管的电源，使石英坩埚中的硅液体逐渐降温凝固并铸锭；