一种冶金硅造渣除硼提纯方法技术

本发明专利技术公开了一种冶金硅造渣除硼提纯方法，选取冶金硅料，加热至全部熔化成硅液，调节硅液的温度，然后加入三元造渣剂，经搅拌和保温反应后去除硅液表面的浮渣，将硅液静置后进行浇铸即可获得Ｂ含量满足太阳能级要求的多晶硅。该方法不需要复杂的吹气设备，简化了工艺设备，降低了成本，便于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光伏
，具体涉及。
技术介绍
硼(Boron，B)是太阳级多晶硅中常用的受主杂质。太阳电池级多晶硅中B含量 一般要求在0. 3ppm以下，B含量过高会导致是多晶硅电阻率下降并产生光致衰减等负面作 用，影响太阳电池的转换效率和稳定性。工业硅中硼含量一般在10到40ppm之间，必须经 过提纯才能使用。目前高纯多晶硅的制备主要采用西门子法，该法属于化学法提纯，工艺复 杂、前期投资大，建设周期长，能耗大，污染严重，因而探寻新的直接对工业硅进行提纯的方 法成为目前太阳级多晶硅行业研究热点之一。冶金法因具备工艺简单、成本较低的优点极具发展潜力。目前主要的冶金除硼工 艺包括吹气法、造渣法、等离子体法以及结合真空技术、感应加热技术的等离子法或吹气造 渣法等。诸多方法中以造渔法要求设备最为简单，最容易工业化推广。因而造渣法最具现实 的研究价值和应用前景。其的机理大概可分为两类。一是气相除硼，即将多晶硅中的硼元 素转化成具有较高蒸汽压的硼的化合物，如氢化物、氧化物及氢氧化物等。二是渣相除硼， 即将多晶硅中的硼元素转化成可与渣相相结合的化合物，主要为氧化物。其理论依据是硼 的氧化物为酸性氧化物，可被碱性物质吸收，与渣相结合，连同渣相一并去除。美国专利US5788945 (Anders Schei, Method for refining of silicon)公开 了一种通过向硅液连续添加助渣剂的方法，使硅中B含量从40ppm降低到lppm，所用助渣剂 成分为 60%Ca0 和 40%Si02。美国专利US200501391485 (Fujiwara Hiroyasu et al. , Silicon purifying method, slag for purifying silicon, and purified silicon)公开一禾中除B方法，i亥法 采用吹气与造渣同时进行的工艺，使硅中B含量从7. 4ppm降低到0. 8ppm，所用助渣剂成分 为 CaO 和 SiO2。专利CN101671023A公开了 一种多晶硅除硼提纯方法，可将多晶硅中硼含量从 15ppm降低到0. ISppm0该方法采用了两种造渣剂，其中第一种为Na2C03+Si02 ；第二种为 Ca0+CaF2+Si02,工艺要求真空条件。上述工艺在工业应用中存在以下问题(1)、吹气或抽真空对设备要求较高；(2)、 不加CaF2的渣系其除硼效果仍难达到太阳级多晶硅的要求，而CaF2的加入对坩埚设备腐蚀 较为严重；(3)、选用两种或两种以上的渣系的复式造渣法使工艺复杂化，不利于工业推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法不需要复杂的吹气 设备，简化了工艺设备，降低了成本，便于工业化应用。本专利技术的目的是通过如下技术方案来实现的，选取冶金硅料，加热至全部熔化成硅液，调节硅液的温度，然后加入三元造渣剂，经搅拌和保 温反应后去除硅液表面的浮渣，将硅液静置后进行浇铸即可获得B含量满足太阳能级要求 的多晶硅。本专利技术提供的冶金硅造渣除硼提纯方法，优选为含以下步骤(1)选取冶金硅料作为原料硅，将原料硅加热至全部熔化成硅液；(2)调节硅液的温度，将预制好的三元造渣剂分批投入所述硅液中，每批加入三元造 渣剂的硅液经搅拌和保温反应后均需去除硅液表面的浮渣；(3)将硅液静置后进行浇铸即可获得B含量满足太阳能级要求的多晶硅。 本专利技术步骤(1)中所述的冶金硅料中初始B含量为iT35ppm。本专利技术步骤(1)-步骤(2)中用石墨坩埚先逐步提高中频感应功率将冶金硅料全 部熔化成硅液，然后降低中频炉功率，保持硅液温度。本专利技术步骤⑵中所述的三元造渣剂为Na2CO3-SiO2-Al2O3三元造渣剂，其中Na2CO3 的质量百分含量为55%-65%，Al2O3的质量百分含量为0. 2%-15%，余量为Si02。其中Al2O3的 含量优选为0. 5%-3%。本专利技术步骤(2)中每批三元造渣剂与冶金硅料的重量份比为5-10 100。本专利技术步骤⑵中调节硅液的温度为1450_1550°C。本专利技术步骤(2)中搅拌的方式为间歇式搅拌，搅拌间隔为5-10分钟。本专利技术步骤(2)中所述三元造渣剂与硅液的总反应时间为30-60分钟。本专利技术步骤(3)中静置时间为5-10分钟。本专利技术的原理是本专利技术针对钠系造渣剂的易挥发性，引入合适比例的Al2O3，在 保持钠系造渣剂高分配比、高除硼效率等优势的前提下，形成稳定的三元渣系，提高钠系造 渣剂的利用率，提高整体除硼效果。该三元渣系的除B机理为SiO2(I) — Si(I)+ (1)Na2CO3 — Na2O(1) +CO2 (g)(2)Na2O(I) — 2 +(3)2Β(1)+3 — B2O3(I)(4)Na2O(I)+Al2O3 — 2NaA102(5)从反应中可以看出，造渣剂中SiO2主要负责提供游离氧。Na2CO3起到三种作用一、通过分解产生CO2气体对熔体起到一定的物理搅拌作 用；二、Na2CO3分解后产生的Na2O进一步分解产生游离氧；三、维持在熔体的碱性。Na2CO3的熔点为851°C，Na2O的沸点为1275°C，远小于硅的熔点，直接添加入熔融 的硅液中会有相当部分发生分解，气化或以烟尘的形式散失，难以维持初始渣系的配比，降 低了渣系利用率同时造成空气污染，成为限制钠系造渣剂应用的瓶颈。为解决该问题，本发 明通过在Na2CO3-SiO2体系中引入Al2O3，通过Al2O3在熔融的渣相中絮凝保温、解离氧化及 碱性吸附作用，起到保温、维持造渣配比、加强氧化吸附的效果。其中絮凝保温是指，Al2O3与Na2CO3-SiO2反应后生产半熔融态絮凝状的浮渣，覆盖 与硅液表面，对硅液起到保温作用，提高能量的利用率。解离氧化是指，在Na2CO3-SiO2- Al2O3三元体系中，部分的Al2O3在Na2O及SiO2的作用下熔化，解离出一部分游离氧，残余B的氧化。碱性吸附作用是指，Al2O3的絮凝作用及其与Na2O反应后生成碱性物质NaAlO2维 持造渣剂的碱性有利于将B2O3吸附于造渣剂中，便于除去的作用。同时，铝元素与硼属于同一主族(III B)，具有与硼相似的外层电子结构，即最外层 电子数目相同，其化学性质存在一定程度的相似性。部分B2O3可吸附于富含Al2O3的沉积物 中。此外，氧化铝的加入还可以起到保温的作用，同时与氧化钠生产偏铝酸钠，降低钠 的挥发，维持造渣剂的比例。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点①.本专利技术针对钠系造渣剂的易挥发性，引入合适比例的Al2O3，在保持钠系造渣剂高 分配比、高除硼效率等优势的前提下，形成稳定的三元渣系，提高钠系造渣剂的利用率，提 高整体除硼效果；③.本专利技术提供的冶金硅造渣除硼提纯方法，采用合理的渣系配比，渣系除硼效率高， B含量可降低到0. 3ppmw以下，可以满足太阳电池级多晶硅的要求，所用渣系为浮渣，可对 硅液起到保温作用，提高能源利用率；③.本专利技术不需要复杂的吹气设备，简化了工艺设备，大大降低了生产成本，便于工 业化应用。具体实施例方式实施例1本实施例提供的冶金硅造渣除硼提纯方法，含如下步骤(1)取B含量为7ppm左右的硅料IOkg作为原料硅；(2)按质量比44.5:55:0. 5混合S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冶金硅造渣除硼提纯方法，其特征是：选取冶金硅料，加热至全部熔化成硅液，调节硅液的温度，然后加入三元造渣剂，经搅拌和保温反应后去除硅液表面的浮渣，将硅液静置后进行浇铸即可获得Ｂ含量满足太阳能级要求的多晶硅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新明，尹长浩，胡冰峰，
申请(专利权)人：东海晶澳太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]