一种电子束熔炼去除多晶硅铸锭底料中杂质氧的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于用电子束烙炼的技术领域，特别涉及一种电子束烙炼去除多晶娃铸锭 底料中杂质氧的方法。
【背景技术】
[0002] 在能源紧缺、倡导低碳环保的社会，太阳能作为一种环保新能源，具有重大的应用 价值。太阳能电池可W将太阳能转换为电能，太阳能级多晶娃材料是制造太阳能电池最重 要的基础原材料，但其高昂的制造成本W及复杂的制造工艺是制约光伏产业大发展的瓶 颈，严重阻碍了我国太阳能电池的推广和使用。
[0003] 目前，世界范围内制备太阳能级多晶娃材料的主要技术路线有；改良西口子法，娃 焼法，冶金法。其中改良西n子法的原理就是在ii〇〇°c左右的局纯娃芯上用局纯氨还原局 纯H氯氨娃，生成多晶娃沉积在娃芯上。但是改良西口子法能耗高、污染严重，属于欧美淘 汰的旧技术。娃焼法就是娃焼（SiH4)热分解制备多晶娃的方法，但是该工艺生产操作时危 险性大(娃焼易燃易爆)、综合生产成本较高。冶金法主要包括；电子束烙炼法、等离子束烙 炼法、定向凝固法、造渣法、电解法、碳热还原法等。
[0004] 在冶金法工艺中，娃料的磯、测、金属等杂质均可通过有效的工艺手段去除，达到 了较理想的效果。但是，近年来，在对多晶娃太阳能电池片光电转化效率的研究中发现，氧 元素的含量对电池片的光电转化效率与产生重要影响。但是，现有技术中，对氧元素的去除 效果不佳。
[0005] 在冶金法的铸锭等工艺中，巧巧中的氧元素或通入气体中的氧元素不可避免地会 进入到娃料中，是氧杂质产生的主要原因。传统的测试娃中氧含量的普遍方法为红外光谱， 用红外光谱分别对高纯娃料与混料(铸铸后的边角料与高纯料混合）进行检测，两种料中氧 的含量相关不大。该也导致了冶金法工艺中引入的氧杂质未受到重视。
[0006] 实际上，在娃中氧元素有两种状态；替代位，即氧代替了娃的位置；间歇位，即氧 在娃原子的间隙中。传统的测试娃中氧含量的红外光谱只能检测间歇位的氧含量，不能真 实反映两种娃料中的氧含量水平。经申请人的实验测试，替代位的氧会释放电子，与娃中杂 质磯产生的作用相似，能够影响多晶娃电池片光电转化效率。申请人通过二次离子质谱仪 多次检测，在上述两种娃料中，氧元素含量相差很大，主要是替代位的氧元素含量的差别。
[0007] 因此，对于冶金法中多晶娃中引入的杂质氧不能忽视，尤其在铸锭工艺结束后，底 料(包括铸锭结束后底部废料及边角废料）中氧含量为4~20ppmw，不符合生产要求，必需 寻求有效的手段降低娃中杂质氧的含量。
[0008] 对于氧杂质的去除方法，检索到发明专利CN20081007092. 5, 一种降低金属娃中 氧、碳含量的方法，该发明采用在娃液中吹入氧气、氨气和水蒸气，使氨气和氧气在娃液中 反应产生局部高温，使娃液中的氧、碳元素随气体排放而去除，但是该方法需要在娃烙融状 态下通入氧气和氨气，操作难度大，危险性高，氧的去除效果不佳。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种电子束烙炼去除多晶娃铸锭底料中 杂质氧的方法，危险性较低，可行性较高。由于多晶娃铸锭底料中氧含量较高，可利用电子 束烙炼技术，将多晶娃铸锭底料中的氧含量降低至〇.〇571ppmw W下，达到原生娃料的水 平。
[0010] 本发明采用的技术方案是：一种电子束烙炼去除多晶娃铸锭底料中杂质氧的方 法，步骤如下：
[0011] (1)装料；将多晶娃铸锭底料破碎，清洗烘干后放入水冷铜巧巧中；
[001引（2)抽真空；调节真空粟组，将炉体真空度抽到5X 10^2化W下，电子枪真空度抽到 5 X 10-中a U下；
[001引（3)电子枪预热；设置高电压为25~35kW，预热5~lOmin后关闭高电压；设置电 子枪束流为70~200mA，预热5~lOmin后关闭电子枪束流；
[0014] (4)电子束烙炼；同时打开电子枪的高电压和束流，用电子枪轰击娃料，增大电子 枪束流至200~1200mA，直到娃料全部烙化后，继续轰击5~15min ;
[0015] (5)冷却后取料；关闭电子枪，待娃料经过10~60min冷却后关闭真空粟组，打开 放气阀，取出娃料，取出的娃料中氧含量为0. 〇571ppmw W下。
[001引优选方案如下：
[0017] 装料中的多晶娃铸锭底料为氧含量4~20ppmw的娃料。
[0018] 装料中，底料装入量为水冷铜巧巧容积的1/3~1/2。
[0019] 目前，电子束烙炼金属除杂是冶金法提纯金属的重要方法之一，其高的能量密度， 高的烙炼温度和局部过热可W有效去除金属中的挥发性杂质，本发明采用常规使用的电子 束烙炼系统，该电子束烙炼系统包括炉体部分、电子枪部分、真空系统部分、高压电源部分、 进料出锭系统、水冷系统等构成，电子束烙炼过程中，一般使用水冷铜巧巧作为烙炼的容 器，金属烙化后液体盛装于水冷铜巧巧内，水冷铜巧巧可W减少烙炼产生的热冲击。
[0020] 申请人在实验过程中发现，在电子束烙炼过程后，去除磯杂质的同时，对氧杂质也 是一种极大的去除。经二次离子质谱仪检测，能够保证最后娃料中氧的含量由4~20ppmw 降低到0. 〇571ppmw W下，0. 0571卵mw W下为质谱仪的检测下限，由此我们可W认为，电子 束烙炼除氧后，娃料中氧含量为0. 〇571ppmw W下。
[0021] 本发明的显著效果是电子束将杂质氧的去除率达到88~95% ;可使多晶娃得到 很好的重复利用；与不进行除氧工艺的多晶娃料相比，提高电池片的光电转换效率0. 1% W 上，工艺条件温和易于操作，生产周期短，技术稳定，生产效率高。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
[0023] 实施例1 ;
[0024] (1)装料；将氧含量为6. 177ppmw的300g多晶娃铸锭底料破碎成小块娃料，置于 分析纯酒精中超声波震荡清洗，去除表面残留的油污和灰尘；已清洗的娃料经烘干处理后 置于水冷铜巧巧内；关上炉口，开启冷却水。
[002引（2)抽真空：调节真空粟组运行40min后，炉体真空度抽到5X 10可a W下，电子枪 真空度抽到5X1(T中a W下。
[0026] (3)电子枪预热；设置高电压为25kW，预热5min后关闭高电压；设置电子枪束流为 70mA，预热5min后关闭电子枪束流。
[0027] (4)电子束烙炼；同时打开电子枪的高电压和束流，用电子枪轰击娃料，增大电子 枪束流至200mA，保证电子束光斑形态为圆形，使电子束在烙炼过程中始终W圆形光斑的状 态轰击娃料表面，烙炼过程中电子束功率保持不变，烙炼Omin后关闭束流。