[发明专利]一种冶金法制备太阳能多晶硅的技术方法

摘要

本发明属于材料工程技术领域，特别涉及一种太阳能级多晶硅的制备方法。其技术方案是为采用高纯硅石和碳质还原剂为原料，经过矿热炉碳热还原、渣洗精炼、湿法除杂、定向凝固、电子束熔炼后，得到太阳能级多晶硅。该高纯度的太阳能级多晶硅的B含量≤0.25ppmw、P含量≤0.43ppmw、纯度≥99.9999％。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、生产工艺流程短；电耗低；环境污染小；技术方法分步骤、有目的性、选择性、递级性地去除硅中的杂质，产品纯度高。2、本发明可以由硅石直接制备太阳能级多晶硅，可成功应用于大型高压并网电站。

主权项

一种冶金法制备太阳能多晶硅的技术方法，其特征在于：(1)采用高纯硅石和全石油焦碳质还原剂为原料，配合复合添加剂CaF 65％ CaO 25％ Na2SiO3 10％，按照复合添加剂∶还原剂∶硅石＝1∶3～5∶8～12的重量比进行充分混合，在矿热炉2000℃～2400℃高温中，通过热还原使二氧化硅中的元素硅被直接还原成单质硅，熔融硅液经过炉外吹氧精炼、炉渣清除，得到熔融特制工业硅；(2)熔融特制工业硅再经过感应炉渣洗氧化反应除硼，首先将复合渣剂在感应炉中熔化形成渣剂熔池(复合渣剂Na2SiO3 SiO2 CaO按重量比组成5.5～7∶2.5～3∶0.5～1，混合两份渣剂，每份渣剂与特制工业硅的质量比为1∶1～2.5(渣硅比1～0.4)，将熔融特制工业硅倒入渣剂熔池，利用硅液下沉和渣剂上浮的相对运动以及感应炉的电磁搅拌作用进行渣洗氧化，温度保持在1700 1800℃范围，先后进行两次30min的渣洗精炼，以降低硅液中硼、铝、钙等杂质的含量；(3)渣洗后的精制工业硅采用虹吸原理方式分离渣液，硅液倒入自制定向凝固器中，静置保温，进行初步定向凝固48 72小时，硅锭冷却后取出，打磨硅锭四周及底面洁净，切除硅锭上部金属杂质富集区(硅锭总高的10～15％)，得到提纯后的B含量≤0.3ppmw、金属杂质相对较低的精制工业硅；(4)精制工业硅经物理破碎至100～200目进行湿法冶金，分别用5～10％盐酸HCl、5～10％氢氟酸HF、王水(盐酸浓度36～38％，硝酸浓度65～68％)、20～30％氢氟酸HF+1～3％过氧化氢H202进行酸浸处理，固液比为1∶3，酸浸处理时间为16小时，每隔1小时搅拌1 5min，前三道酸浸处理后分别用去离子水漂洗干净，离心甩干；最后一道酸浸处理后用去离子水漂洗多遍，直至水的PH值为中性，获得B≤0.25ppmw高纯硅粉，离心甩干、烘干、包装；(5)利用多晶铸锭炉进行高效深度定向凝固除杂，将湿法冶金后获得的的高纯硅粉在1440℃ 1550℃温度下熔化后，真空挥发2～3小时(最低真空度5Pa，保持1小时)，然后以0.15 0.28mm/min的冷凝速率，先慢后快的进行定向凝固结晶，硅锭冷却出炉，再次打磨硅锭四周及底面洁净，切除硅锭上部金属杂质富集区(硅锭总高的12～18％)，得到5.5N～6N级定向多晶硅。(6)将定向凝固后5.5N～6N多晶硅料进行电子束轰击提纯，真空度为10 2 10 4pa，瞬间温度为1800℃，去除杂质磷，待冷却后可获得低硼低磷、高纯度的6N～7N太阳能级多晶硅。