专利名称：：一种多晶硅料的提纯方法
技术领域：
：本发明涉及的熔化、结晶设备是指①包括有熔化装置，指任何可以发热的容器，包括产生热的装置，例如熔炉。②结晶装置，指任何可以采用直拉法使硅熔体结晶的装置，如直拉结晶炉。任何合适的装备有磁场激励装置的熔化、结晶设备都应认为在本发明的保护范围之内将低纯度硅材料装入熔化设备例如直拉结晶炉中。其中熔化温度要大于硅的熔点141(TC，并适当过热，以减少熔化时间，尤其重要的是适当高的温度可以提高磷杂质的挥发效果，从而减少硅熔体中的杂质含量，以将低纯度的硅材料提纯为高纯度的硅材料。合适的温度范围为1420170(TC，硅料熔化过程中要求熔化炉内保持适当的气压，如同适当高的温度可以提高磷杂质的挥发效果，较低的炉压能够提高磷杂质的挥发效果。合适的炉压范围为300500Pa。硅熔体中磷杂质含量超过一定浓度时，磷的挥发量与挥发时间密切相关，且随着挥发时间的增加而增加。因此，使硅熔体在较低的炉压条件下，持续过热一定的时间，可以使硅熔体中的磷杂质有效地挥发，从而获得纯度较高的硅熔体。提纯效果可以通过测量硅中杂质含量并计算剩余杂质浓度分率来衡量。剩余杂质浓度分率为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中C—是提纯处理后硅中的杂质浓度；C+是提纯处理前硅中的杂质浓度。采用直拉法使硅熔体结晶过程中，杂质在凝固界面处的固态硅和液态硅中的浓度存在差异，直拉结晶过程可以使熔体中相对均匀分布的杂质的分布不再均匀，对于k二0.35的磷杂质而言，直拉结晶处理可以获得更高纯度的固态硅。在磁场作用下，熔体硅的热对流得到有效抑制，磷元素的再分布过程主要依赖于其在硅熔体中的扩散，因而可以通过控制拉速以获得适当的晶体生长速度，从而有效地利用杂质的再分配过程。在磁场激励装置的磁场作用下，硅熔体的热对流和机械搅拌产生的对流得到有效抑制，因此由于硅熔体冲刷石英坩埚而进入熔体中的氧的含量大大减少，而氧含量的减少有利于磷元素从硅熔体中挥发出来，其中磁场的磁感应强度范围控制在5001000Gs。结晶过程中要控制适当的晶体直径，不同直径固态硅与液态硅的接触面积不同，例如拉制150mm直径固态硅时液固接触面的面积大约是拉制200mm直径固态硅的液固接触面面积的56%。由于固态硅的阻挡作用，液固接触面处的杂质的挥发能力远低于自由硅液面处，因而将固态硅的生长直径控制在适当范围对提纯效果有一定影响。结晶过程中需要控制炉内的气压，使之维持在300500Pa。本发明在直拉结晶设备中增加了磁场激励装置，该方法利用磁场抑制了硅熔体的热对流和机械搅拌产生的对流，可以有效地去除低等级硅中的磷杂质，获得高纯度的硅材料，使其能够大规模、大比例地应用于制造高效率太阳能电池用的硅片，另外还具有安装简单、维修方便的优点。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。图1为磁控直拉结晶设备的熔化、结晶装置示意图。具体实施例方式实施例1:本方案选用直拉单晶炉，加设磁场激励装置，如图1所示，包括一个使用石墨加热器5的熔化炉l，熔化炉1中使用石英坩埚6作为硅料容器，结晶设备主要由结晶控制器4和晶体容室2构成；硅料9通过熔化设备上可以打开的炉盖10加入硅料容器6中，保护气体通过入口7进入熔化炉1或晶体容室2中，阀门11用来连通或隔离熔化室1和晶体容室2;观察窗口8用来观察炉内的情况；磁场激励装置3产生的磁场在直拉结晶过程中作用于硅熔体。首先对提纯前的硅进行取样，测量其中杂质的含量。在装料容器中放入65kg低纯度的硅料，将炉内抽空后通入保护气体，并且使炉内气压控制在500Pa，加热使硅熔化。开启磁场激励装置，保温熔炼4小时后，采用直拉法使硅熔体结晶成固体。熔炼、拉晶过程中，磁感应强度控制在500Gs，晶体的生长速度控制在30mm/h。结晶完成后，从固体硅晶体上取样测量其中杂质含量。比较提纯前后硅中磷的含量，计算出提纯后磷杂质剩余分率为60%。实施例2:选用与实施例1相同的直拉单晶炉和磁场激励装置。对提纯前的低纯度硅进行取样后在装料容器中放入65kg硅料，将炉内抽空后通入保护气体，使炉内气压控制在400Pa。加热使硅熔化后，开启磁场激励装置并熔炼6小时，在磁场作用下采用直拉法使硅熔体结晶成固体。熔炼、拉晶过程中，磁感应强度控制在800Gs，晶体的生长速度控制在50mm/h。结晶完成后，从固体硅晶体上取样测量其中杂质含量，计算出提纯后的磷杂质剩余分率为50%。实施例3:选用与实施例1相同的直拉单晶炉和磁场激励装置。对提纯前的低纯度硅进行取样后在装料容器中装入65kg硅料，将炉内抽空后通入保护气体，使炉内气压控制在300Pa。加热使硅熔化，并使硅熔体适当过热。然后开启磁场激励装置，熔炼10小时后，采用直拉法使硅熔体结晶成固体。熔炼、拉晶过程中，磁感应强度控制在1000Gs，晶体的生长速度控制在50mm/h。结晶完成后，从固体硅晶体上取样测量其中杂质含量，计算出提纯后的磷杂质剩余分率为30%。以上实施例的技术参数及杂质剩余分数如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求一种多晶硅料的提纯方法，包括对硅料进行低压熔炼和直拉结晶，其特征在于包括以下步骤a、将硅料投入配有磁场激励装置的熔化结晶设备中加热熔化；b、将熔融的硅液进行低压蒸馏熔炼；c、将熔炼后的硅液进行磁控直拉结晶，获得太阳能级硅晶体。2.根据权利要求1所述的多晶硅料的提纯方法，其特征在于所述的磁场激励装置产生的磁感应强度为5001000Gs。3.根据权利要求1所述的多晶硅料的提纯方法，其特征在于所述的减压蒸馏熔炼气压为300500Pa，熔炼时间为450小时。4.根据权利要求1或2所述的多晶硅料的提纯方法，其特征在于所述的加热熔化温度为14201700°C。5.根据权利要求1或2所述的多晶硅料的提纯方法，其特征在于所述的直拉结晶的晶体生长速度为3080mm/h。6.根据权利要求1至5中任一项所述的多晶硅料的提纯方法，其特征在于所述的熔化结晶设备为单晶炉。全文摘要本发明涉及一种多晶硅料的提纯方法，尤其是一种去除低等级硅中的磷杂质的提纯方法。本方法对硅料进行低压熔炼和直拉结晶，其特征在于包括以下步骤将硅料投入配有磁场激励装置的熔化结晶设备中加热熔化；将熔融的硅熔体进行低压蒸馏熔炼；将熔炼后的硅熔体进行磁控直拉结晶，获得到太阳能级硅晶体；所述的硅料的提纯方法中所述的磁场激励装置产生的磁感应强度为500～1000Gs。本发明利用磁场抑制了硅熔体的热对流和机械搅拌产生的对流，可以有效的去除低等级硅中的磷杂质，获得高纯度的硅材料，使其能够大规模、大比例地应用于制造高效率太阳能电池用的硅片，另外还具有安装简单、维修方便的优点。文档编号C30B15/00GK101748481SQ20081016300公开日2010年6月23日申请日期2008年12月11日优先权日2008年12月11日发明者刘伟,刘文涛,吴云才,聂帅申请人:浙江昱辉阳光能源有限公司