可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物的制作方法

文档序号:8302884阅读:420来源:国知局
可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物的制作方法
【专利说明】可用于纯化娃的定向凝固中的溶剂组合物
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2012年6月25日提交的美国临时申请第61/663,887号的优先权,其通过引用全部并入本文。
【背景技术】
[0003]太阳能电池目前通过利用其将日光转换为电能的能力而用作能量源。几乎仅使用硅作为此类光伏电池的半导体材料。目前对使用太阳能电池的明显限制与将硅纯化至太阳能级(SG)的成本有关。考虑到当前的能量需求和供应限制,亟需将冶金级(MG)硅(或与太阳能级硅相比具有更多杂质的任何其他硅)纯化至太阳能级硅的更有成本效率的方式。

【发明内容】

[0004]本发明提供包含以下的组合物:(a) 二氧化硅(S12) ; (b)碳酸钠(Na2CO3) ; (C)任选的氧化钙(CaO);和(d)氟化钙(CaF2)和氯化钙(CaCl2)中的至少一种。
[0005]本发明还提供包含以下的组合物:(a) 二氧化硅(S12),其以约50重量%存在,误差±50% ;(b)碳酸钠(Na2CO3),其以约47重量%存在,误差±20% ; (c)任选的氧化钙(CaO),其以至多约6重量%存在;和(d)氟化钙(CaF2)和氯化钙(CaCl2)中的至少一种,当存在时,每一种都独立地以至多约5.00重量%存在。
[0006]本发明还提供包含以下的组合物:(a) 二氧化硅(S12),其以约42.70重量%存在,误差±10% ;(b)碳酸钠(Na2CO3),其以约50.60重量%存在,误差±10% ; (c)氧化钙(CaO),其以约1.70重量%存在,误差±10%;和(d)氟化钙(CaF2)和氯化钙(CaCl2)中的至少一种,当存在时,每一种都独立地以约5.00重量%存在,误差±20%。
[0007]本发明还提供包含以下的组合物:(a) 二氧化硅(S12),其以组合物的约35重量%至约80重量%存在;(b)碳酸钠(Na2CO3),其以组合物的约40重量%至约55重量%存在;(C)任选的氧化钙(CaO),其以组合物的至多约6重量%存在;和(d)氟化钙(CaF2)和氯化钙(CaCl2)中的至少一种,当存在时,每一种都独立地以组合物的约0.50重量%至约6.00重量%存在。
[0008]本发明还提供包含以下的组合物:(a) 二氧化硅(S12),其以组合物的约35重量%至约50重量%存在;(b)碳酸钠(Na2CO3),其以组合物的约45重量%至约55重量%存在;(c)氧化钙(CaO),其以组合物的约1.50重量%至约1.90重量%存在;和(d)氟化钙(CaF2)和氯化钙(CaCl2)中的至少一种,当存在时,每一种都独立地以组合物的约4.00重量%至约6.00重量%存在。
[0009]本发明还提供包括以下步骤的方法:(a)由硅和熔剂形成熔融液体,所述熔剂包含本文所述的组合物;(b)在熔融液体中由熔剂和杂质形成熔渣;和(C)任选地从熔融液体中去除至少一部分熔渣,以提供纯化的熔融液体。
[0010]本发明还提供包括以下步骤的方法:(a)由硅和熔剂形成熔融液体,所述熔剂包含本文所述的组合物;(b)在熔融液体中由熔剂和杂质形成熔渣;(c)任选地从熔融液体中去除至少一部分熔渣;(d)定向凝固熔融液体以形成固体硅;和(e)去除一部分固体硅,以提供纯化的固体硅。在具体实施方案中,熔融的熔渣在熔炉内衬的表面上形成保护层以防止来自内衬耐火材料中的杂质向熔融硅中的污染。
【附图说明】
[0011]图1示出了用于纯化硅的方法的方框流程图。
[0012]图2示出了用于纯化硅的方法的方框流程图。
【具体实施方式】
[0013]以下具体说明包括对附图的参考,其形成详细说明的一部分。附图以例示方式示出可以实施本发明的具体实施方案。对在本文中也被称为“实例”的这些实施方案进行充分详细地描述,使得本领域技术人员能够实施本发明。实施方案可以组合,可以采用其他实施方案,或者可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和逻辑的改变。因此,以下详细说明不应被认为是限制意义的,本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。
[0014]在该文件中,术语的单数形式用于包括一个或多于一个,而术语“或”用于指无排他性的“或”,除非另外指明。另外,应理解,本文中采用且没有另外定义的措辞或术语仅用于说明的目的,而不是用于限制的目的。此外,本文件中引用的全部公开、专利和专利文件都通过引用方式完全并入,如同通过引用方式单独地并入。在本文件和通过引用方式并入的那些文件中的用法不一致的情况下,在并入的参考文件中的用法应当被认为是本文件中用法的补充,对于不可调解的不一致,以本文件中的用法为准。
[0015]在本文所述的制造方法中,在不脱离本发明的原则的情况下,可以以任意顺序来进行步骤,除非明确地记载了时间顺序或操作顺序。权利要求中意指首先进行一个步骤、然后进行其他步骤的记载应被认为是表示在任何其他步骤之前进行第一步骤,但是可以以任意合适的顺序进行其他步骤,除非在其他步骤内进一步记载了顺序。例如,记载“步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E”的权利要求要素应解释为表示首先进行步骤A、最后进行步骤E,可以在步骤A和步骤E之间以任意顺序进行步骤B、C和D,该顺序仍落入要求保护的方法的字面范围内。也可以重复给定的步骤或步骤的子集。
[0016]此外,可以同时进行指定步骤,除非明确的权利要求语言记载了它们分别地进行。例如,可以在单个操作内同时执行要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤,所得的方法会落入要求保护的方法的字面范围内。
[0017]
[0018]如本文使用的,也被称为氧化硅的“二氧化硅”为具有化学式3102的硅的氧化物。
[0019]如本文使用的,也被称为洗涤碱或苏打粉的“碳酸钠”为具有化学式Na2CO3的碳酸的钠盐。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用碳酸钠,以在熔融液体中通过加热而分解。在分解后,碳酸钠会放出二氧化碳。同样地,应了解,化学领域技术人员理解并了解,在各种实施方案中,对“碳酸钠”的提及可以包括可在熔融液体中通过加热而分解以提供氧化钠(Na2O)和/或放出二氧化碳的那些化合物(例如碳酸盐或碳酸氢盐)。此类化合物包括例如碳酸氢钠(NaHCO3)。
[0020]如本文使用的,通常被称为生石灰或煅石灰的“氧化钙”为具有化学式CaO的无机化合物。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用氧化钙,以在熔融液体中形成氧阴离子(0_)。同样地,应了解,化学领域技术人员理解并了解,在各种实施方案中,对“氧化钙”的提及可以包括可在熔融液体中形成氧阴离子(O—)的那些化合物(例如金属氧化物)。此类化合物包括例如氧化镁(MgO)。
[0021]如本文使用的,“氟化钙”为具有化学式CaFd^无机化合物。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用氟化钙,以在熔融液体中提供钙阳离子(Ca+)和/或氟阴离子(Γ)的来源。同样地,应了解,化学领域技术人员理解并了解,在各种实施方案中,对“氟化钙”的提及可以包括可在熔融液体中形成碱性阳离子(Ca+)和/或卤素阴离子(F_)的那些化合物(例如钙卤化物)。此类化合物包括例如氯化钙(CaCl2)(例如钙阳离子(Ca+)和氯阴离子(CD。
[0022]如本文使用的,“纯化”是指所关注的物质与一种或多种外来物质或污染物质的物理分离。与此相比,“杂质”是指不期望的一种或多种除硅以外的外来物质或污染物质。
[0023]如本文使用的,“熔剂”是指化学清洁剂、流动剂或纯化剂。在硅熔体中形成熔融液体的过程中,当添加到熔融液体中时,无机化合物(例如二氧化硅、碳酸钠、氧化钙和氟化钙)可以被认为是“熔剂”,并且使得形成熔渣。熔渣为杂质的混合物。同样地,熔剂用于从熔融液体中去除杂质,和/或用于添加期望的痕量元素。
[0024]如本文使用的,“熔渣”是指在熔融液体中形成的杂质的混合物。熔渣一般通过将熔剂添加到熔融液体中来形成。同样地,熔渣可以包括由熔融液体中的杂质(最初来自硅源(source silicon))和恪剂形成的反应产物。恪澄一般会形成在恪融液体的表面上,其之后在该位置处被去除。
[0025]如本文使用的,“熔融物”或“熔融液体”是指熔化的或一起熔化的一种或多种物质。
[0026]如本文使用的,“熔化”是指将一种或多种固体物质加热至它们变成液体的温度点(称为熔点)或高于该温度点的过程。同样地,“熔化”是指物质当暴露于足够的热量时从固体变成液体。
[0027]如本文使用的,“反应产物”是指通过两种或更多种物质的化学反应形成的化合物。例如,熔融液体中的杂质(来自最初的硅源)可以与熔剂中的一种或多种物质反应,以形成一种或多种反应产物。
[0028]如本文使用的,“凝固”是指将一种或多种液体物质(例如熔融液体)冷却至低于它们变成固体的温度点(称为凝固点)的过程。同样地,“凝固”是指物质当冷却时从液体变成固体。
[0029]如本文使用的,“去除”是指将一种物质与另一种物质分离(例如从混合物中去除固体或液体)的过程,或者将物质的一部分与另一部分分离(例如将一部分固体从另一部分固体中去除)的过程。该过程可以采用本领域技术人员已知的任何技术,例如倾析混合物,从混合中撇去一种或多种液体,离心混合物,从混合物中过滤出固体,切割固体
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