[发明专利]一种硅材料除磷提纯添加剂以及提纯方法

说明书

本发明涉及一种硅材料除磷提纯添加剂以及提纯方法。该添加剂由原料冰晶石、含钛卤化物、含钒卤化物、碱金属卤化物、碱土金属卤化物、氟化铝中的一种或几种以任意比例混合而成。使用该添加剂对硅材料进行除磷的提纯方法：将硅原料、金属介质以及所述添加剂加热熔化、搅拌均匀进行造渣精炼；造渣精炼结束后，将获得的渣相与硅合金进行分离后再冷却或将获得的渣相与硅合金冷却后再分离；将分离后获得的硅合金置于酸溶液中浸泡，溶解去除硅合金中的金属介质，之后将获得的硅料进行烘干处理；重复前述步骤1～4次，直到硅料中磷含量满足纯度要求。本发明所述添加剂使精炼除硼温度降低至600℃～1300℃，能耗低，且磷去除效果显著。

技术领域

本发明属于硅材料提纯技术领域，具体是涉及一种硅材料除磷提纯添加剂以及提纯方法。

背景技术

近年来太阳能光伏发电市场呈现快速增长，制造太阳能电池用的高纯太阳级硅料需求也快速增长。在传统的硅料提纯技术中，化学法一直是主流，化学法提纯的硅料纯度高，质量好，技术成熟，但是化学法提纯工艺复杂且较难控制，并且污染严重，投资大，成本高。而且采用化学方法提纯硅，在太阳能电池生产的产业链中，能源消耗和碳排放的占比高达50％以上。因此，开发具有低能耗，低排放，低成本的硅料提纯技术具有重要的意义。

造渣法作为一种有效去除硅中杂质的方法，国内外进行了广泛的研究，但是不足之处就在于，所选择的都是高熔点的造渣剂，并且造渣精炼所需的温度都高于硅的熔点1414℃，从而导致温度过高和能耗过高。

专利申请CN102951645A公开了一种造渣精炼除硼磷的方法，该方法选用的造渣剂为氧化铁、SiO₂、MnO和CaF₂；所述氧化铁为Fe₂O₃、FeO、Fe₃O₄中的一种；将造渣剂与工业硅按照质量比为(20～26)∶(5～9)。采用感应炉加热至1550～1850℃以上进行造渣精炼，加料方式是先将造渣剂熔化，然后将工业硅倒入液态造渣剂中进行造渣处理，同时向熔体内部通入Ar+H₂O，重复造渣8次，磷的含量降至0.5ppmw。

专利申请CN02135841.9A公开了一种太阳能电池用高纯度硅及其生产方法，该专利中记载了一种往熔体中添加石灰，氧化铁，萤石的造渣工艺，获得了太阳能电池用高纯的硅。

专利申请CN201010109835.2A公开了一种采用稀土氧化物去除工业硅中硼磷杂质的方法，该专利在造渣剂成分中引入了稀土氧化物，具体成分为R_XO_Y(Y₂O₃、La₂O₃、CeO₂、Sm₂O₃)-SiO₂-BaO-CaF₂，用中频感应在真空下造渣40min，渣硅重量比为1:1，P含量从15ppmw降低到1.5ppmw。

通过比较分析目前造渣法除磷方面的专利和文献可知，现有的造渣剂的类型主要是氧化物为主，如CaO-SiO₂，Na₂O-SiO₂，CaO-SiO₂-CaF₂，CaO-MgO-SiO₂，CaO-BaO-SiO₂，同时辅助添加少量低熔点的化合物以降低熔体的黏度，提高熔体的流动性，对硅中硼的除杂效果远优于磷杂质元素；以上研究所采用的造渣温度在1414℃以上，能耗较高，也不利于未来工业化的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种硅材料除磷提纯添加剂。该类型添加剂具有熔点低，造渣精炼温度600℃～1300℃，能耗低，对磷有显著地去除效果。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：