生产4N和4.5N的硅料的方法技术

本发明专利技术涉及生产4N的硅料的方法，其包括将金属硅进行冶炼、破碎分选、酸洗提纯、中频炉中纯化处理，然后将得到的硅料再重复破碎分选、酸洗提纯处理的过程，重复所述过程的次数为1-2次，得到4N的硅料。本发明专利技术还涉及生产4.5N的硅料方法，将金属硅冶炼后，通过重复破碎、酸洗、中频炉中纯化步骤2次，即可得到4.5N的硅料。本发明专利技术的所述方法无需采用定向凝固铸锭法，可以避免由于采用定向凝固铸锭法而消耗大量的石英坩埚，从而大幅节约生产成本，并且节约能源，达到节能减排的成效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及4N和4. 5N的硅料的生产方法，尤其涉及用于太阳能电池、LED等的4N和4. 5N的硅料的生产方法。
技术介绍
太阳能电池发电是可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。根据目前的工艺，基于多晶硅的太阳能电池生产有三个主要阶段。首先，生产大量的硅片作为基底，其次，这些硅片通过形成P_n结以及金属印刷加工成太阳能电池，第三，然后将这些晶片“封装”成一个模块，以便安装到用户的设备中。在太阳能电池生产中的关键技术材料是其制作材料-高纯度硅的制备。现有技术生产太阳能级高纯硅的主要方法有三氯氢硅还原法、硅烷热分解法、冶金法。三氯氢硅还原法，又称西门子法，用金属硅为原料，加入浓盐酸再在高温条件下发生氢氯化反应生成三氯氢硅，加温气化后，再进行分馏，去除气体中的杂质，得到很纯的三氯氢硅，再用氢气还原，就可以得到纯的多晶硅。面临的问题主要是回收和环保的问题。金属硅的氢氯化，会带来不少有害的气体和液体，而三氯氢硅的还原，由于反应效率的问题，也会带来不少的有害气体的排放。这些气体如果不回收，不仅污染环境，而且也增加了企业的成本。硅烷热分解法，通过热分解含Si-H-CL的有害气体制造太阳能电池的硅料，该含Si-H-CL的有害气体如，二氯硅烷和三氯硅烷，进而生产超高纯度的多晶硅，一般称为九个九，即99. 9999999%的纯度。这些气体是高度易燃且有毒的，由于气化硅对环境和健康造成危害，在世界上只有少数工厂有能力运作，从而导致半导体和太阳能电池产业的成长“瓶颈”。新近提出的硅气化工厂面临当地社区环境和安全问题上的阻力。这些工厂还需要大量的资本投资和很长的运作周期。因此，总存在硅片需求和供应之间的不平衡。上述工艺是众所周知的，并且在行业内已实行多年。然而，半导体中的大部分成本(即，价值)在于将抛光硅片转变为一个运作的集成电路。但在太阳能电池制造的过程中，用于生产太阳能电池片的抛光硅片的成本高于将抛光硅片转变为一个运作的太阳能电池的制造成本。也就是说，在商业模式中，将硅晶片转化为太阳能电池的过程，在太阳能电池板整体链中并不是一个高增值的制造步骤。因此，与太阳能电池制造技术的改进截然相反，任何改善或减少起始娃片的制造成本的措施将使成品太阳能电池板的价格急剧减少。冶金法，是将金属硅直接进行冶炼，将杂质通过高温冶炼和定向凝固去除，可以得到较高纯度的金属硅。该种方法较前两种方法成本较为低廉，安全性好，对环境友好，适于大规模工业生产。虽然很多学术文章的结论认为冶金级硅料不能用于制造太阳能电池，但是，上澎公司(Sunpreme)已经开发并验证了冶金级娃料太阳能电池板,该冶金级娃料太阳能电池板在效率上已能与单晶硅和多晶硅硅片制成的太阳能电池相匹敌。现有的金属硅冶炼方法主要为以冶金级硅料作为原料，经过冶炼、破碎、酸洗处理，然后在中频炉中纯化，最后在定向炉中进行定向凝固铸锭，得到4N的硅料。这种方法需要用到定向凝固铸锭法，又称浇铸法，是在石英坩埚内直接将分选好的多晶硅熔化，然后通过石英坩埚底部的热交换等方式使熔体冷却，制造多晶硅锭。在硅锭脱模时，需要敲碎石英坩埚才能方便地取出硅锭。由于需要消耗较多的石英坩埚，使得生产4N的硅料的成本支出较多。此外，定向凝固铸锭法需要消耗大量的能源，也是导致生产成本支出较多的原因之一。现有的金属硅冶炼方法在生产成本、耗能方面仍有待进一步的改进。因此，需要可以降低生产成本、节能减排的生产4N和4. 5N的硅料的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供能够降低生产成本、节能减排的生产4N的硅料的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案生产4N的硅料的方法，所述方法包括以下步骤将金属硅进行冶炼、破碎分选、酸洗提纯、中频炉中纯化处理,其中，在中频炉中纯化处理后,将得到的硅料再重复破碎分选、酸洗提纯处理的过程，重复所述过程的次数为1-2次，得到4N的硅料。在本专利技术的所述生产4N的硅料的方法的一实施方式中，所述重复的次数为I次。在本专利技术的所述生产4N的娃料的方法的一实施方式中，所述金属娃原料为冶金级硅料。在本专利技术的所述生产4N的硅料的方法的一实施方式中，所述破碎分选步骤采用的筛网目数为0-200目。在本专利技术的所述生产4N的硅料的方法的一实施方式中，所述酸洗提纯的处理步骤是采用选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、双氧水中的一种以上的反应液处理多次，每次处理所用的反应液相同或不同。在本专利技术的所述生产4N的硅料的方法的一实施方式中，得到的所述4N的硅料中的金属杂质的含量< 1OOppm, P的含量< 5ppm, B的含量< 2ppm。本专利技术的另一个目的在于提供能够降低生产成本、节能减排的生产4. 5N的硅料的方法生产4. 5N的硅料的方法，所述方法包括以下步骤将金属硅进行冶炼、破碎分选、酸洗提纯、中频炉中纯化处理,其中，在中频炉中纯化处理后,将得到的硅料再重复破碎分选、酸洗提纯、中频炉中纯化处理的过程，重复所述过程的次数为1-2次，得到4. 5N的硅料。在本专利技术的所述生产4. 5N的硅料的方法的一实施方式中，所述重复的次数为I次。在本专利技术的所述生产4. 5N的娃料的方法的一实施方式中，所述金属娃原料为冶金级硅料。在本专利技术的所述生产4. 5N的硅料的方法的一实施方式中，所述破碎分选步骤采用的筛网目数为0-200目。在本专利技术的所述生产4. 5N的硅料的方法的一实施方式中，所述酸洗提纯的处理步骤是采用选自盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、双氧水中的一种以上的反应液处理多次，每次处理所用的反应液相同或不同。在本专利技术的所述生产4. 5N的硅料的方法的一实施方式中，得到的所述4. 5N的硅料中的金属杂质的含量< IOOppm, P的含量< 5ppm, B的含量< 2ppm。本专利技术的方法所采用的设备、材料均可通过市售途径购买得到。所述冶金级硅料的规格为99% -99. 9%纯度的冶金级硅料，可从商业途径购买得到。本专利技术的生产4N的硅料的方法只需要 将经过冶炼的硅料重复依次进行简单的破碎分选、酸洗处理的操作过程1-2次，就可以得到达到4N规格的硅料，得到的硅料的金属杂质的含量为< lOOppm，P的含量为< 5ppm，B的含量为< 2ppm，符合上澎太阳能科技智能硅所用的太阳能硅片材料。该方法无需采用定向凝固铸锭法，可以避免由于采用定向凝固铸锭法而消耗大量的石英坩埚，从而大幅节约生产成本，并且节约能源，达到节能减排的成效。本专利技术的生产4. 5N的硅料的方法是在所述生产4N的硅料的方法的基础上，在重复依次进行简单的破碎分选、酸洗处理的操作过程后，可根据生产的需要进行中频炉中纯化处理的步骤，可得到达到4. 5N规格的硅料，得到的硅料的金属杂质的含量为< 100ppm，P的含量为< 5ppm，B的含量为< 2ppm，符合上澎太阳能科技智能硅所用的太阳能硅片材料。该方法亦无需采用定向凝固铸锭法，可以避免由于采用定向凝固铸锭法而消耗大量的石英坩埚，从而大幅节约生产成本，并且节约能源，达到节能减排的成效。具体实施例方式将通过以下的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但所述实施例并不旨在限制本专利技术的保护范围。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴昆旭，阿肖克·库马尔·辛哈，雷平·赖，
申请(专利权)人：上澎太阳能科技嘉兴有限公司，
类型：发明
国别省市：