去除固体硅中硼杂质的方法技术

本发明专利技术公开了一种去除固体硅中硼杂质的方法，步骤一、将含有硼杂质的固体硅粉碎形成硅粉；步骤二、将硅粉放入一加热炉中并进行氧化，在硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层，利用高温以及形成的硅和二氧化硅固体界面促使硅粉颗粒中靠近表面的硼向二氧化硅中转移、硅粉颗粒中间的硼向表面边缘扩散；步骤三、氧化的同时还对硅粉颗粒进行吹氧，促使二氧化硅中的硼氧化并逸出，并随氧气氛被排出加热炉腔；步骤四、降温取出硅粉，用氢氟酸去除硅粉颗粒表面形成的二氧化硅层。本发明专利技术能以很低的成本去除硅中的硼元素，从而降低硅中的硼浓度，且能够使硼浓度很容易从工艺上得到控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能多晶硅提纯技术，特别是涉及一种。
技术介绍
太阳能光伏电池需要纯度大约为6N的多晶硅，同时需要在硅中含有一定数量的硼元素作为掺杂剂，以提供足够的光生载流子。通常，硼的含量应当在0. Ippm 0. 3ppm的范围内。现有的多晶硅是先采用西门子法工艺将多晶硅的纯度提纯到9N，然后，再在铸锭或拉单晶时，将硼掺入硅中。由于西门子法生产多晶硅耗能较大，成本较高，因此，采用冶金法直接将硅的纯度从冶金级的2N纯度提纯到太阳能光伏电池所需要的6N的纯度的工艺为人们所重视并研究。在冶金法工艺中，最难以去除的杂质之一就是硼元素。往往在除到Ippm后，很难再继续去除。现有的去除硅中硼杂质的方法有采取炉外精炼的造渣方式除硼，或者采用等离子体除硼，或者采用湿法酸洗的方式除硼，但当硼的浓度低于Ippm的时候，上述方法的效果都不明显，而且，提纯的成本也偏高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，能够以很低的成本去除硅中的硼元素，从而降低硅中的硼浓度，且能够使硼浓度很容易从工艺上得到控制。为解决上述技术问题，本专利技术提供的，包括步骤步骤一、将含有硼杂质的固体硅粉碎形成硅粉。所述硅粉的颗粒度为20目 20000 目。步骤二、将所述硅粉放入一加热炉中并进行氧化，在所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层，所述氧化的工艺条件为氧气氛、600°C 1400°C的高温、10分钟 20小时的时间，其中所述氧气氛的氧气浓度为 100%。由于硼在硅与二氧化硅固体界面上具有分离系数小于1的性质，所述分离系数定义为在平衡态下硅中的硼的浓度与二氧化硅中的硼浓度之比。利用所述性质以及高温能促使所述硅粉颗粒中靠近表面的硼向二氧化硅中转移，其中所述表面即为所述硅粉颗粒的硅和二氧化硅固体界面；所述硅粉颗粒中靠近表面的硼在转移后会使所述表面处的硼浓度降低并且低于所述硅粉颗粒中间的硼浓度，这样在所述硅粉颗粒的中间到表面间就形成一硼浓度梯度，由高温下固体硅中的硼扩散效应可知，所述硅粉颗粒中间的硼会向表面边缘扩散。步骤三、进行所述氧化的同时还对所述硅粉颗粒进行吹氧，所述吹氧的时间为1 小时 20小时，且所述吹氧的时间和形成所述二氧化硅层的所述氧化的时间有交叉。利用高温以及吹氧促使二氧化硅中的硼与所述氧气氛中的氧气反应，生成BO或化03并逸出二氧化硅表面，并随所述氧气氛被排出所述加热炉腔，最后使得所述二氧化硅中的硼杂质不会3聚集、硼浓度不断降低，从而保持所述硅粉颗粒外缘与内部的硼浓度梯度，使得硼杂质能持续不断地从所述硅粉颗粒中去除。步骤四、降温取出所述硅粉，用氢氟酸去除所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层。上述步骤二、三中所述硅粉在所述炉腔中的放置方式能采用如下方式中的一种方式一、采用一托盘装载所述硅粉，在所述加热炉中进行批量处理，所述托盘在所述加热炉内能静止放置、也能放置在一个传送装置上连续运动；方式二、采用回转加热方式，将所述硅粉装载在一个倾斜的圆筒内，所述圆筒以一定的速度旋转，在旋转过程中，所述硅粉不断翻动，并从所述圆筒的一头运动到另外一头；方式三、采用流化床方式，使氧气从所述硅粉的底部上吹，造成所述硅粉的翻滚；方式四、采用搅拌的方式，使得所述硅粉均能够接触到氧气。所述方式一至方式四中放置所述硅粉的容器的材质选择在高温下不对所述硅粉构成污染的材质。和现有的去除硅中硼杂质的方法相比，本专利技术方法在硅中去除硼杂质时，不需要对硅进行熔化，也不需要采用酸等化学物质，甚至也不用液体，而仅仅采用对硅料进行加温，因而实施容易，而且成本很低；本专利技术方法不仅能够很稳定地将硅中的硼元素降低一个数量级以上，而且还能够使硼浓度很容易从工艺上得到控制。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1是本专利技术方法的流程图；图2是本专利技术实施例的加热炉示意图。具体实施例方式硅中的杂质都有从浓度高的地方向浓度低的地方扩散的趋势，温度越高，扩散速度越大，硼在硅中也不例外。但在金属硅中，通常，硅中的硼杂质的分布是十分均勻的，不存在浓度高低的情况。这与金属杂质有所不同。金属杂质由于分凝现象(或者叫偏析现象)，在硅凝固的时候，往往先凝固的部分金属杂质浓度较低，后凝固的部分，金属杂质浓度较高。与金属杂质的去除方法不同，如图1所示，为本专利技术方法的流程图，包括步骤步骤一、将含有硼杂质的固体硅粉碎形成硅粉；步骤二、将所述硅粉放入一加热炉中并进行氧化，在所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层，所述氧化的工艺条件为氧气氛以及600°C 1400°C的高温，所述氧化的温度越高，时间越长，则二氧化硅层的厚度越厚；利用高温以及形成的硅和二氧化硅固体界面促使所述硅粉颗粒中靠近表面的硼向二氧化硅中转移、所述硅粉颗粒中间的硼向表面边缘扩散。步骤三、进行所述氧化的同时还对所述硅粉颗粒进行吹氧，利用高温以及吹氧促使二氧化硅中的硼与所述氧气氛中的氧气反应，并逸出二氧化硅表面，并随所述氧气氛被排出所述加热炉腔。最后使得所述二氧化硅中的硼杂质不会聚集、硼浓度不断降低，从而保持所述硅粉颗粒外缘与内部的硼浓度梯度，使得硼杂质能持续不断地从所述硅粉颗粒中去除。步骤四、降温取出所述硅粉，用氢氟酸去除所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层。本专利技术的原理如下所述。在二氧化硅层和硅的界面，硼杂质将产生分离现象，即处于平衡态时，在二氧化硅和硅中的浓度是不同的。在平衡时，硅中的硼浓度与二氧化硅中的硼的浓度之比，称为分离系数。如果以Ssl/sl02表示分离系数，则Ssi7si02 = nSi/nSi02(1)其中，nSi为硅中的硼的浓度，nSi02为二氧化硅的硼的浓度。在固体状态下，Ssi/siffi的系数为0.3左右，也就是说，平衡时，硅中的硼的浓度只有二氧化硅中的30%。在二氧化硅层刚形成时，二氧化硅中的硼浓度接近于零Ovsiffi = 0)，因此，接近于二氧化硅层的硅中的硼原子趋于向二氧化硅中扩散，直到达到接近式(1)的程度。例如，如果开始氧化前硅中的硼浓度为3ppm，也就是说，n0_Si = 3，那么，在二氧化硅层形成后，平衡时，接近二氧化硅而且与二氧化硅层厚度相同的硅中的硼的浓度为NB_Si = n0_Si*SSi/Si02/(l+SSi/Si02)(2)= 3*0. 3/(1+0. 3) = 0. 7ppm也就是说，二氧化硅层附近的硅中的硼的浓度将降低到0. 7ppm,比原来的3ppm降低了 72%。此时，如果把靠近二氧化硅层的这一层硅称为Li，而靠近Ll里侧的硅层称为L2， L2与Ll的厚度都与氧化层的厚度相同。那么，由于Ll中的硼浓度降低，L2中的硼也将向 Ll中扩散，最终达到与Ll相同的程度。简单的计算表明，平衡时的Ll和L2的硼浓度，将达到1. 85ppm。如果将未氧化时设为初始态，表面二氧化硅层形成、Ll中硼向二氧化硅层扩散，并达到按分离系数分布的平衡后称为一次平衡态；那么，Ll和L2经上述扩散后的平衡态，称为二次平衡态。但二次平衡态也不是真正的平衡态，因为，此时，在硅与二氧化硅的界面将再次因分离系数的存在而发生硼元素的重新分布，更多的硼将过渡到二氧化硅中，同时，更多的硼也将从L2中扩散到Ll中。而且，L2并不是最内部的一层，里侧还有L3，L4，L5，......，以此类推。在以后的每一层所发生的情况，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种去除固体硅中硼杂质的方法，其特征在于，包括步骤：步骤一、将含有硼杂质的固体硅粉碎形成硅粉；步骤二、将所述硅粉放入一加热炉中并进行氧化，在所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层，所述氧化的工艺条件为氧气氛以及６００℃～１４００℃的高温，利用高温以及形成的硅和二氧化硅固体界面促使所述硅粉颗粒中靠近表面的硼向二氧化硅中转移、所述硅粉颗粒中间的硼向表面边缘扩散；步骤三、进行所述氧化的同时还对所述硅粉颗粒进行吹氧，利用高温以及吹氧促使二氧化硅中的硼与所述氧气氛中的氧气反应，并逸出二氧化硅表面，并随所述氧气氛被排出所述加热炉腔；步骤四、降温取出所述硅粉，用氢氟酸去除所述硅粉颗粒的表面形成二氧化硅层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史珺，佟晨，宗卫峰，水川，
申请(专利权)人：上海普罗新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：31