一种化学冶金提纯多晶硅的方法技术

本发明专利技术一种化学冶金提纯多晶硅的方法属于用化学冶金提纯多晶硅的技术领域，特别涉及一种利用酸、碱等化学手段提纯硅到９９．９９％纯度的多晶硅的方法。利用扫描电镜观察、记录工业硅晶粒的大小，再将硅晶粒破碎到合适的程度，并用氢氧化钠溶液去除硅粉的氧化层及杂质铝，用浓度氢氟酸进行酸洗，去除金属复杂相；用水清洗直到溶液呈中性，得到高纯度的硅材料。这种提纯多晶硅的方法成本低、能耗小、操作简单、可行性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于用化学冶金提纯多晶硅的
，特别涉及一种利用酸、碱等化学手段提纯硅到99.99%纯度的多晶硅的方法。
技术介绍
高纯多晶硅是制备太阳能电池的主要原料。国外制备高纯多晶硅主要使 用西门子法，具体为硅烷分解法和氯硅烷气相氢还原法，其中SiHCls法即西 门子法是目前多晶硅制备的主流技术。SiHCl3法的有用沉积比为1X103，是 SiH4的100倍。西门子法沉积速度可达8 10"m/min。 一次通过的转换效率 为5% 20%,沉积温度为IIO(TC，仅次于SiCl4(1200°C)，耗电量为120kW 小时/kg左右，电耗也较高。国内SiHCb法的电耗经过多年的努力已由500 kW 小时/kg降至200kW小时/kg，硅棒直径达到100mm左右。西门子法的不足 之处在于其在流程的核心环节上采取了落后的热化学气相沉积，工艺流程的 环节过多， 一次转化率低，导致流程时间太长，增加了材耗、能耗成本。鉴 于此，在众多制备的新工艺中冶金法是根据杂质元素在硅中的分凝系数不同 进行定向凝固的方式，具有能耗低、环境污染小的特点。但直接从99%的工 业硅通过冶金法的方式达到99.9999%的纯度，需要反复熔炼，无形中增加了 能耗。而通过化学冶金提纯法可以较简单的从99%提纯到99.99%的纯度，再 通过冶金法就可以一步得到纯度为99.9999%的多晶硅，进而达到太阳能级硅 材料的产品要求。已知专利号为200610010654.8的专利技术专利，采用酸洗方法提纯多晶硅， 主要的缺点是没有根据不同硅晶粒针对性的进行破碎，影响去除效果。采用 盐酸酸洗无法去除硅表面的氧化层，该氧化层阻止酸与硅附着杂质的反应， 无法针对性的去除杂质铝。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是使用化学冶金的方式，将纯度为99%的工业 硅提纯到99.99%的纯度。采用扫面电镜观察晶粒大小进行破碎和用氢氧化钠 清洗硅粉表层的氧化层及杂质铝等方法具有成本低、能耗小、操作简单、可 行性高等特点。本专利技术采用的技术方案是，利用扫描电 镜观察、记录工业硅晶粒的大小，再将硅晶粒破碎到合适的程度，并用氢氧化钠溶液去除硅粉的氧化层及杂质铝，步骤如下1) 、利用扫描电镜观察工业硅的微观组织，记录工业硅晶粒大小范围为30— 200微米；2) 、将工业硅晶粒进行破碎，破碎程度为与工业硅晶粒大小相配的尺度范围 为60—400目的硅粉；3) 、对工业硅粉用浓度为3%—10%的氢氧化钠进行清洗10分钟一l小时，去 除硅粉表层的氧化层和杂质铝；4) 、将粉料取出再用水清洗6-7次，直到溶液呈中性；5) 、再用浓度为3%—10%盐酸进行酸洗5小时一20小时，除去硅粉表面附着 的游离铁；6) 、将其放入王水中进一步清洗5小时一20小时，除去硅粉颗粒上的难溶金 属杂质；7) 、再用水清洗6-7次，直到溶液呈中性；8) 、用浓度为3%—10%的氢氟酸进行酸洗5小时一20小时，去除金属复杂相；9) 、用水清洗6-7次，直到溶液呈中性，得到纯度为99.99%的硅材料。本专利技术具有显著的效果是硅粉破碎的粒度按硅的晶粒大小而定，破碎到 晶粒大小相配的量级可以有效的将杂质暴露在硅粒表面，便于以后除杂。可 以有效的去除硅表面的氧化层和杂质元素铝，经过电感耦合等离子发射光谱 仪分析，铝的残留量小于0.0001%。将氢氟酸放在最后工艺进行，经扫描电镜 分析，可以有效去除之前工艺残留的杂质。 附图说明附图1为化学冶金提纯多晶硅方法的流程图 具体实施例方式结合附图详细说明本专利的具体实施，取杂质含量为铝为0.0027%、钙为 0.0074%、铁为0.1348%、钛为0.0086%，纯度为99.84%的工业硅进行扫描电 镜分析，得到晶粒尺寸为75—200微米。按尺寸的分布区间，将工业硅晶粒 破碎到60—200目的粒度。先用5%的氢氧化钠清洗30分钟，取出用去离子 水清洗6次。取出部分样品用电感耦合等离子发射光谱仪检测，杂质铝含量 降低到0.0001%。后用5%的盐酸浸泡20小时，经检测钙为0.0055%、铁为 0.0978%、钛为0.0045%。取出再进入王水中浸泡10小时，取出用去离子水 清洗6次，经检测，Ca、 Fe、 Ti进一步降低为0.002%、 0.024%、 0.0012%， 最后用10%的氢氟酸浸泡10小时，用去离子水清洗6次，直到溶液呈中性。经分析得到硅材料的杂质含量分别为铝小于0.0001%、钙为0.0004%、铁为 0.0051%、钛为0.0006%，硅材料纯度为99.99%，得到目标产品。本专利技术去除效果经实例检验稳定良好，制备成本低、能耗小、操作简单。权利要求1、 ，其特征在于，利用扫描电镜观察、记录工 业硅晶粒的大小，再将硅晶粒破碎到合适的程度，并用氢氧化钠溶液去除硅粉 的氧化层及杂质铝，步骤如下1) 、利用扫描电镜观察工业硅的微观组织，记录工业硅晶粒大小范围为30—200 微米；2) 、将工业硅晶粒进行破碎，破碎程度为与工业硅晶粒大小相配的尺度范围为 60—400目的硅粉；3) 、对工业硅粉用浓度为3%—10%的氢氧化钠进行清洗10分钟一1小时，去除 硅粉表层的氧化层和杂质铝；4) 、将粉料取出再用水清洗6-7次，直到溶液呈中性；5) 、再用浓度为3°/。一10°/。盐酸进行酸洗5小时一20小时，除去硅粉表面附着的 游离铁；6) 、将其放入王水中进一步清洗5小时一20小时，除去硅粉颗粒上的难溶金属 杂质；7) 、再用水清洗6-7次，直到溶液呈中性； 8) 、用浓度为3%—10%的氢氟酸进行酸洗5小时一20小时，去除金属复杂相； 9) 、用水清洗6-7次，直到溶液呈中性，得到纯度为99.99%的硅材料。全文摘要本专利技术属于用化学冶金提纯多晶硅的
，特别涉及一种利用酸、碱等化学手段提纯硅到99.99％纯度的多晶硅的方法。利用扫描电镜观察、记录工业硅晶粒的大小，再将硅晶粒破碎到合适的程度，并用氢氧化钠溶液去除硅粉的氧化层及杂质铝，用浓度氢氟酸进行酸洗，去除金属复杂相；用水清洗直到溶液呈中性，得到高纯度的硅材料。这种提纯多晶硅的方法成本低、能耗小、操作简单、可行性高。文档编号C01B33/00GK101311114SQ20081001126公开日2008年11月26日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日专利技术者刘艳娇, 姜大川, 李国斌, 胡祖麒, 许富民, 毅 谭 申请人:大连理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学冶金提纯多晶硅的方法，其特征在于，利用扫描电镜观察、记录工业硅晶粒的大小，再将硅晶粒破碎到合适的程度，并用氢氧化钠溶液去除硅粉的氧化层及杂质铝，步骤如下：１）、利用扫描电镜观察工业硅的微观组织，记录工业硅晶粒大小范围为３０－２００微米；２）、将工业硅晶粒进行破碎，破碎程度为与工业硅晶粒大小相配的尺度范围为６０－４００目的硅粉；３）、对工业硅粉用浓度为３％－１０％的氢氧化钠进行清洗１０分钟－１小时，去除硅粉表层的氧化层和杂质铝；４）、将粉料取出再用水清洗６－７次，直到溶液呈中性；５）、再用浓度为３％－１０％盐酸进行酸洗５小时－２０小时，除去硅粉表面附着的游离铁；６）、将其放入王水中进一步清洗５小时－２０小时，除去硅粉颗粒上的难溶金属杂质；７）、再用水清洗６－７次，直到溶液呈中性；８）、用浓度为３％－１０％的氢氟酸进行酸洗５小时－２０小时，去除金属复杂相；９）、用水清洗６－７次，直到溶液呈中性，得到纯度为９９．９９％的硅材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭毅，姜大川，李国斌，许富民，刘艳娇，胡祖麒，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]