[发明专利]一种硅的提纯装置及方法

说明书

本发明公开了一种硅的提纯装置及方法，包括电极、保温加热装置、测温装置、通电线圈、熔炼装置、拉杆和冷却装置。设备工作时，将含硅合金或硅熔体放入熔炼装置中，然后给电极和线圈通电，熔炼装置底部的电极在熔体底部产生一个环流，通电线圈在熔体的中、上部会产生一个环流，在整个熔体内形成强制对流，进而把熔体中、上部的硅元素运输熔炼装置底部。最终，含硅合金或硅熔体在拉杆和冷却装置的作用下，开始定向凝固，使更高纯度的硅不断的析出凝固。若熔炼装置中熔体上部硅元素含量下降，向熔炼装置中添加低纯硅，如此反复，最后将凝固的硅锭进行酸洗，去除金属元素，从而起到提纯硅的效果。

技术领域

本发明属于非金属提纯技术领域，特别是涉及一种硅的提纯装置及方法。

背景技术

随着社会文明的发展，人类对能源的需求不断增加，能源问题已经成为关系国计民生的头等大事之一，传统能源逐渐减少，可再生的清洁能源研究和开发成为各国焦点。太阳能作为一种可再生、无污染、永不枯竭的新型能源，其研究和应用得到快速发展。太阳能光电技术中新工艺、新材料和新结构层出不穷，研制成功的太阳电池达100多种，太阳能电池制备工艺有了很大的发展。到目前为止，太阳能光电工业基本是建立在硅材料基础之上，世界上绝大部分太阳能光电器件都是用晶体硅制造的。太阳能电池的快速发展使得太阳能级硅材料市场出现很大的缺口。

在众多制备硅材料的方法中，已经投入产业化生产的主要是改良西门子法、硅烷法和冶金法。其中改良西门子法技术成熟，产品质量好，但是该方法投资大、污染大、消耗高、成本高。硅烷法相比于改良西门子法具有能耗低、投资小的优势，但是产品质量较差，总的来说这两种方法均具有设备投资大、成本高、污染严重和工艺复杂等问题，不利于太阳能电池的普及性应用，而冶金法制备多晶硅虽然具备生产周期短、污染小、成本低等优点，被认为是最有效地降低多晶硅生产成本的技术之一，但是冶金法也存在很多问题，比如，冶金法只能制备太阳能级的硅，并且还不成熟。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种高效、低成本、无污染的硅的提纯装置及方法。

技术方案：本发明所述的一种硅的提纯装置，该提纯装置包括测温装置1、电极2、保温加热装置3、通电线圈4、熔炼装置5、拉杆6、冷却装置7，所述电极2成对存在，上电极2位于熔炼装置5上端，并且与含硅合金8相连，下电极2保温加热装置3下端，并且与拉杆6相连；所述保温加热装置3内放置一个或多个熔炼装置5；熔炼装置5内放置含硅合金8；熔炼装置5底部与拉杆6相连，在拉杆6外部两侧设有冷却装置7，用于使含硅合金8定向凝固，并且于保温加热装置3内壁设有环状通电线圈4，环状的通电线圈4将熔炼装置5围在中间；所述的测温装置1用来监测保温加热装置3内的温度，可置于保温加热装置3的上部或下部。

进一步的，所述保温加热装置3的形状可以是圆柱体，也可以是长方体、正方体，优选为圆柱体；所述保温加热装置3内的熔炼装置5可以是坩埚，也可以是中频熔炼电炉，优选为坩埚，并且熔炼装置5的长度和直径可以随生产量的大小调节；

进一步的，所述熔炼装置5和保温加热装置3之间填充保温材料，保温材料可以是保温砖、保温棉、石墨毡填充，也可以是氧化锆，优选为保温砖；

进一步的，在熔炼装置3顶部及拉杆底部连有电极2，所述电极2可以是自耗电极、石墨电极也可以是紫铜电极、铜钨合金电极，优选为自耗电极。

进一步的，所述硅的提纯装置下端连接冷却装置7，该冷却装置7采用冷却方式可以是通循环冷却水浸入冷却，也可以是喷淋冷却法，并且该冷却装置可以是一个也可以是多个。

进一步的，测温装置1可以选择热电偶实时监控温度，也可以采用温度控制仪表，优选为热电偶，其中热电偶沿熔炼装置竖直方向放置，也可以放置在保温加热装置的上方，也可以放置在保温加热装置的下方，用于测定凝固过程中的温度场状态及合金凝固情况。