专利名称：一种硅的提纯方法
技术领域：
本发明涉太阳能和化工领域，尤其涉及一种硅的提纯方法。
背景技术：
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环 境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究 领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池 主要是以半导体材料为基础，其中，硅系材料占据了主导地位。 为了获得太阳能级多晶硅，现有技术提供了一种多晶硅的提纯方法，该方法如图1 所示，包括如下步骤 Sll、将多晶硅通过粉碎、球磨后放入有机溶剂中浸泡；
S12、将浸泡后的多晶硅放入高温容器中湿氧氧化； S13、将氧化后的多晶硅冷却后放入HF溶液内腐蚀并清洗至中性得到多晶硅。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在如下问题 现有技术提供的技术方案由于不在熔融状态下进行，在氧化时，氧化反应的气体 难以与硅中杂质充分作用，硼的氧化过程不能充分进行，以至于硼的去除率不高。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种硅的提纯方法，该方 法具有硼的去除率高的优点。
本发明的具体实施方式
提供一种硅的提纯方法，包括 A、将硅颗粒与纯度为99. 99 %的Al混合放入坩埚中，所述Si、Al的质量比可以为 1 : 0. 5 0. 65 ; B、将放有Si、 Al混合体的坩埚放入中频感应炉中熔融，控制所述感应炉的温度在 900-1300。C，并搅拌处于熔融态的Si-Al熔体； C、向所述感应炉通入Ar、 H2混合气体，所述混合气体的Ar、 H2体积比例为9:1;
D、在Si-Al熔体中加入纯度为99. 99% Ti颗粒，继续保持熔融及搅拌状态10 30分钟，所述Ti颗粒与Si-Al熔体的质量比为0.03 0. 1 : 1; E、将熔融态的Si-Al-Ti熔体浇注到定向凝固炉坩埚内，并通过保温炉抑制 Si-Al-Ti熔体的侧向散热； F、向定向凝固炉坩埚模具的底部通水进行定向凝固得到硅锭，所述定向凝固过程 中的冷却速度为4 10K/min，凝固的速度为0. 25 lmm/min。 由上述所提供的技术方案可以看出，本发明实施例的技术方案具有硼的去除效果 好的优点。
图1为现有技术提供的一种硅的提纯方法的流程图。 图2为本发明具体实施方式
提供的一种硅的提纯方法的流程图。
具体实施例方式
本发明实施方式提供了一种硅的提纯方法，该方法如图2所示，包括如下步骤
S21、将硅颗粒与纯度为99. 99%的Al混合放入坩埚中，该Si、Al的质量比可以为 1 : 0. 5 0. 65 ; 该步骤中对硅颗粒的大小并没有限定。 S22、将放有Si、 Al混合体的坩埚放入中频感应炉中熔融，控制该感应炉的温度在 900-1300。C并搅拌处于熔融态的Si-Al熔体； 该步骤中的搅拌处于熔融态的Si-Al熔体的实现方法可以为，通过感应线圈的搅 拌作用来搅拌处于熔融态的Si-Al熔体，当然也可以有其他的搅拌方式。
S23、向该中频感应炉通入Ar、IV混合气体，该混合气体的Ar、H2体积比例为9 : 1;
S24、向Si-Al熔体中加入纯度为99. 99% Ti颗粒，继续保持熔融及搅拌状态10
30分钟; 该步骤的Ti颗粒与Si-Al熔体的质量比可以为0.03 0. 1 : 1。 S25、将熔融态的Si-Al-Ti熔体浇注到定向凝固炉坩埚内，并通过保温炉抑制
Si-Al-Ti熔体的侧向散热； S26、向定向凝固炉坩埚模具的底部通水进行定向凝固得到硅锭，并控制定向凝固 过程中的冷却速度为4 10K/min，定向凝固的速度为0. 25 lmm/min。
可选的，该方法在S26以后还可以包括 S27、将该硅锭破碎后放入通入惰性气体的球磨机中进行球磨得到50-100 y m的 硅粉； S28、将硅粉放入酸溶液，将放入硅粉的酸溶液搅拌浸泡1 2h，并保证浸泡为 50 90°C ; 该步骤中的酸溶液可以为，浓度为40% 60%王水、浓112504、丽03、稀HF、稀HC1 中的任意一种或者两种。 可选的，该步骤在浸泡过程中，可以加入5 10ml的络合剂进行络合，该络合剂可 以为甘露醇或甘油的水溶液，从而更有效的去除硅粉中的硼。 S29、将浸泡后的硅粉用去离子水清洗后，放入真空干燥箱干燥得到多晶硅。
该方法通过S27 S29处理后的多晶硅纯度更高，硼的去除效果更好。
为了更好的说明本发明所达到的技术效果，现结合本发明所提供方法的工作原理 来对本发明所达到的技术效果来详细说明。 本发明技术应用冶金造渣原理，在熔融状态下通过A1降低熔融的温度，根据影响 电池性能的杂质元素B在硅溶液中性质的差异，添加合金元素Ti将B结合成第二相化合物 TiBH该过程有利于硅锭内部杂质元素通过迁移作用，根据在Al-Si熔体中溶解度较小的特 点，从金属硅中分离到渣相中；同时由于A1熔体密度较小，容易浮在硅液上方，可以有效与 母体分离。根据定向凝固的特点，能够将分凝系数较小的杂质进一步排除在硅锭的上方或中心；经过酸的浸出，能够将分凝在晶界的第二相物质(Al， Si)3Ti以及Ti^浸出，产品的纯度得到进一步的提高。 在熔融Al-Si合金中，添加的Ti能够溶解在熔体中，同时将分凝系数较小的B通过形成第二相的形式偏析在Al-Si熔体的边界(公式1)，在定向凝固过程后可以通过切割上层Al渣而有效去除。在酸浸的过程中溶解度较小偏聚在硅表面的杂质也可以通过酸浸出。添加的Ti的含量较小，而且与金属A1形成金属间化合物，保持含量在lppm以下，不需要额外去除。
Ti (1) +2B (1) = TiB2 (s) AG^么三—436,000 + 67.3r( 7 / mo/)(公式l) 本发明加入A1作为合金元素，不仅有效降低熔融的温度，A1较小的密度有利于渣金分离，而且A1在定向凝固的过程中可以区熔排除；合金过程中在边界形成的(Al，Si)3Ti金属间化合物也可以溶解在王水溶液中，有利于将剩余的Al去除，不会引入杂质元素。
大多数金属杂质元素可以通过定向凝固得到去除。由于凝固的溶质分配系数k(k
=c乂&，(；、(^分别表示固液相的平衡浓度)的差异存在两种情况，对于硅与溶液杂质元素
的相图关系，当k > 1时，先凝固的固相Cs > C。杂质较多，不利于凝固去除；而当k < 1时，
杂质浓度为c。的固溶体加热熔融后，控制凝固速度多次定向凝固，最先凝固的固相杂质含
量c;比c。要减少。通过这种方法，自下而上凝固过程中，凝固从边界到中心，最后样品可以
将造渣过程中溶解度或分凝系数较小的杂质元素，例如Fe (6. 40X 10—6) ， Ti (2. OOX 10—6)，Cu(8.00X10—6)以及分凝结合在Si-Al合金中的TiB2排除在最后凝固的位置(硅锭上部和中心位置)，从而将在造渣过程中结合的硼元素以第二相形式凝固在渣层中，随后可通过切割将渣层去除。 本发明具体实施方式
提供的方法具有硼的去除率高的优点 综上所述，本发明具体实施方式
提供的技术方案，具有硼的去除率高的优点。 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或
替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护
范围为准。
权利要求
一种多晶硅的提纯方法，其特征在于，所述方法包括A、将硅颗粒与纯度为99.99％的Al混合放入坩埚中，所述Si、Al的质量比可以为1∶0.5～0.65；B、将放有Si、Al混合体的坩埚放入中频感应炉中熔融，控制所述感应炉的温度在900-1300℃，并搅拌处于熔融态的Si-Al熔体；C、向所述感应炉通入Ar、H2混合气体，所述混合气体的Ar、H2体积比例为9∶1；D、在Si-Al熔体中加入纯度为99.99％Ti颗粒，继续保持熔融及搅拌状态10～30分钟，所述Ti颗粒与Si-Al熔体的质量比为0.03～0.1∶1；E、将熔融态的Si-Al-Ti熔体浇注到定向凝固炉坩埚内，并通过保温炉抑制Si-Al-Ti熔体的侧向散热；F、向定向凝固炉坩埚模具的底部通水进行定向凝固得到硅锭，所述定向凝固过程中的冷却速度为4～10K/min，凝固的速度为0.25～1mm/min。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括F、 将所述硅锭破碎后放入通入惰性气体的球磨机中进行球磨得到50-100 ii m的硅粉；G、 将所述硅粉放入酸溶液，将所述酸溶液搅拌浸泡1 2h，并保证浸泡为50 90°C ;所 述酸溶液为浓度为40% 60%王水、浓112504、丽03、稀HF、稀HC1中的任意一种或者两种；H、 将浸泡后的硅粉用去离子水清洗后，放入真空干燥箱干燥得到多晶硅。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤G中的将所述酸溶液搅拌浸泡 1 2h包括在所述酸溶液中放入5 10ml的络合剂后，搅拌浸泡1 2h ;所述络合剂为 甘露醇或甘油的水溶液。
全文摘要
本发明实施方式提供了一种硅的提纯方法，该方法属于太阳能和化工领域，该方法包括将硅颗粒与纯度为99.99％的Al混合放入坩埚中，将放有Si、Al混合体的坩埚放入中频感应炉中熔融，向所述感应炉通入Ar、H2混合气体，在Si-Al熔体中加入纯度为99.99％Ti颗粒，继续保持熔融及搅拌状态10～30分钟；将熔融态的Si-Al-Ti熔体浇注到定向凝固炉坩埚内，并通过保温炉抑制Si-Al-Ti熔体的侧向散热；向定向凝固炉坩埚模具的底部通水进行定向凝固得到硅锭。本发明所述的方法具有硼的去除率高的优点。
文档编号C01B33/037GK101723382SQ20081022462
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者叶其辉, 李核, 罗绮雯, 陈红雨 申请人:华南师范大学