[发明专利]一种太阳能电池用多晶硅的制备方法

说明书

本发明涉及一种太阳能电池用多晶硅的制备方法，属于新能源技术领域。本发明采用稻壳作为硅原料，制备一种太阳能电池用多晶硅，以稻壳灰作为硅源制备的太阳能电池用多晶硅安全无毒，并且稻壳为可再生资源，可以有效降低多晶硅的制备成本，提高多晶硅的制备效率，熔融盐电解法是将二氧化硅的粉末烧结并压制在金属棒的四周制作成工作电极，以无机氯化物的熔融盐作为电解质体系，可以有效实现二氧化硅的电解还原，该工艺过程简单，对设备的要求低，因而可以采用该工艺扩大太阳能电池用多晶硅的生产。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池用多晶硅的制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

随着经济的发展，石油等传统能源日益枯竭以及人们对环境问题的日益重视，能源的日益匾乏和全球性的环境污染加剧成为制约经济及人类社会可持续发展的瓶颈因素。因此，世界各国都极力展开可持续、经济、环保的可再生能源的开放和利用。其中太阳能由于其具有分布广泛、储量丰富、绝对安全性、清洁无污染等诸多优点成为解决能源危机和环境污染的首选新能源。太阳电池和光生伏打电力发电系统是最有前途的一种技术，在过去的十年世界光伏产业以平均每年25％的速度高速增长，而且专家预测在以后近十年内光伏产业还会以每,20％的速度增长，作为太阳电池最重要的原料太阳能级硅的需求量随之也增加迅速。

太阳电池按其材料主要可分为四种类型：硅太阳电池、多元化合物薄膜太阳电池、有机物太阳电池、纳米晶太阳电池。而硅太阳电池又分为单晶硅、多晶硅、带晶及硅基薄膜太阳电池等等。以上四种太阳电池中，硅太阳电池一直是市场上的主导产品。由于硅太阳电池具有原料丰富、制作技术工艺成熟、电池转化效率高、性能稳定的特点，是过去的二十年中太阳电池研究、开发和生产的主体原料。多晶硅灰色金属光泽。密度2.32～2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。

近年来围绕太阳能级多晶硅制备的新工艺、新技术及设备等方面的研究非常的活跃，并出现了许多研究上的新成果和技术上的突破，那么到现在为止研究的比较多且已经产业化或者今后很有可能产业化的廉价太阳能级硅制备新工艺主要是以下几种：(1)改良西门子法-闭环式三氯氢硅氢还原法，在西门子法工艺的基础上,通过增加还原尾气干法回收系统、四氯化硅氢化工艺，实现了闭路循环。该方法的显著特点是能耗低、成本低、产量高、质量稳定，采用综合利用技术，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。全世界生产多晶硅的工厂共有10家，使用西门子技术的有7家，西门子法硅产量占生产总量,76.7％。目前德、美、日等国都在进行研究开发该技术。(2)硅烷热分解法，主要以氟硅酸，钠、铝、氢气为主要原料制取高纯硅烷,然后硅烷热分解生产多晶硅的工艺。硅烷法风是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。(3)冶金法，冶金级硅为原料，分两个阶段进行处理。第一阶段采用真空蒸馏及定向凝固法去除磷同时初步除去金属杂质。在第二个阶段中,在等离子体熔炼炉中,采用氧化气氛去除硼和碳，并结合定向凝固法对原料中的金属杂质进一步的去除。通过两个阶段的处理，得到的产品基本达到了太阳能级硅的要求。