一种多晶硅造渣除硼的强化装置的制作方法

本实用新型涉及新能源材料制备技术领域，具体涉及一种多晶硅造渣除硼的强化装置。

背景技术：

传统能源对环境的污染已经成为社会和国民经济发展的主要制约因素。为维持可持续发展，世界各国都在积极调整能源结构，大力发展可再生能源，多晶硅太阳能电池成为全球关注的热点。采用改良西门子法制备高纯多晶硅的工艺较为复杂，投资成本高，用其制备太阳电池将会提高发电成本。而冶金法提出多晶硅工艺相对简单，成本低廉，且对环境造成的污染较小，以成为太阳能级多晶硅发展的重要方向之一。

工业硅是制备太阳能级多晶硅的主要原料，其纯度在2n左右，含有al、ca、fe、p、b等杂质。其中，p、b与si的原子结构相似，是多晶硅中最难去除的杂质。

目前，低成本冶金法除b主要利用反应气体和熔渣与硅液中的b发生氧化反应，反应物将以含b的气体，从体系中排出，或生产硼化物，进入熔渣中，通过渣金分离除去。

然而，在造渣除硼过程中，渣金反应主要在相界面进行，接触面积小，反应动力学条件差，熔渣氧化、捕集硼杂质的能力弱，导致造渣周期长，能耗高，效率低。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种多晶硅造渣除硼的强化装置，可有效强化硅与熔渣的反应、传质界面，提高造渣除硼的反应效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多晶硅造渣除硼的强化装置，包括石墨坩埚和石墨孔板；所述石墨孔板可分离地设于所述石墨坩埚内部并将石墨坩埚分为上层和下层两个部分，所述下层用于放置造渣剂，所述上层用于放置工业硅；所述石墨孔板上均匀布设有若干通孔。

使用时，称取一定量的工业硅置于石墨孔板上，即置于石墨坩埚的上层，并称取一定量的造渣剂置于石墨坩埚的下层。通入保护气体(氩气)保护，将坩埚加热至1420-1650℃后，使工业硅与造渣剂熔化；硅熔体在重力作用下，穿过石墨孔板，形成液滴滴入熔渣中，与熔渣充分接触、反应。滴入熔渣中的硅熔体不断沉降，最终富集于石墨坩埚的底部；保温0.5-3h时间后，熔渣与硅熔体实现渣硅分层；降至室温后取出石墨孔板，得到低硼工业硅。

进一步地，所述石墨坩埚的内壁上设有环形凸缘，所述石墨孔板的外缘架设于所述环形凸缘上。通过架设的方式设置石墨孔板，可以方便石墨孔板的放入和取出。

进一步，所述石墨坩埚具有可开合的顶盖，所述顶盖上设有保护气体输入口和保护气体输出口，所述保护气体输入口连通有保护气体输入管。

进一步地，所述通孔的孔径为1-1.5cm。

本实用新型的有益效果在于：利用本实用新型的强化装置进行多晶硅造渣除硼，工业硅造渣除硼过程中工业硅和造渣剂的反应接触面积会急剧增大，从而极大地强化的造渣反应的效率，缩短造渣时间，节省能耗，而且渣捕集硼的效果显著提升，辅助造渣剂添加量减少，减少废渣量。另外，利用本实用新型的强化装置进行多晶硅造渣除硼，除硼效果显著提升，工业硅硼杂质含量满足太阳能级多晶硅的要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中强化装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中石墨坩埚设置环形凸缘的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中环形凸缘和石墨孔板的设置截面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种多晶硅造渣除硼的强化装置，如图1所示，包括石墨坩埚1和石墨孔板2；所述石墨孔板2可分离地设于所述石墨坩埚1内部并将石墨坩埚1分为上层11和下层12两个部分，所述下层12用于放置造渣剂，所述上层11用于放置工业硅；所述石墨孔板2上均匀布设有若干通孔21。

使用时，称取一定量的工业硅置于石墨孔板上，即置于石墨坩埚的上层，并称取一定量的造渣剂置于石墨坩埚的下层。通入保护气体(氩气)保护，将坩埚加热至1420-1650℃后，使工业硅与造渣剂熔化；硅熔体在重力作用下，穿过石墨孔板，形成液滴滴入熔渣中，与熔渣充分接触、反应。滴入熔渣中的硅熔体不断沉降，最终富集于石墨坩埚的底部；保温0.5-3h时间后，熔渣与硅熔体实现渣硅分层；降至室温后取出石墨孔板，得到低硼工业硅。

利用本实施例的强化装置进行多晶硅造渣除硼，工业硅造渣除硼过程中工业硅和造渣剂的反应接触面积会急剧增大，从而极大地强化的造渣反应的效率，缩短造渣时间，节省能耗，而且渣捕集硼的效果显著提升，辅助造渣剂添加量减少，减少废渣量。另外，利用本实施例的强化装置进行多晶硅造渣除硼，除硼效果显著提升，工业硅硼杂质含量满足太阳能级多晶硅的要求。

进一步地，如图2-3所示，所述石墨坩埚1的内壁上设有环形凸缘13，所述石墨孔板2的外缘架设于所述环形凸缘13上。通过架设的方式设置石墨孔板，可以方便石墨孔板的放入和取出。

进一步，所述石墨坩埚1具有可开合的顶盖3，所述顶盖3上设有保护气体输入口31和保护气体输出口32，所述保护气体输入口31连通有保护气体输入管33。通过在顶盖上设置保护气体输入口31和保护气体输出口32，供保护气体的输入和输出，可以有效排除空气，使得整个反应过程都处于保护气体的保护氛围中。

进一步地，所述通孔21的孔径为1-1.5cm。需要说明的是，通孔的数量根据石墨孔板的实际面积而定，一般地，密集度要高，使得硅熔体能够顺利滴入下层中，而尽量减少其留在石墨孔板上的数量。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述强化装置进行多晶硅造渣除硼的实例。

(1)称取硼含量约30ppmw的工业硅1kg置于石墨孔板上，称取0.75kg的造渣剂置于石墨坩埚的下层；

(2)通入氩气保护，将坩埚加热至1450℃后，使工业硅与造渣剂熔化；

(3)硅熔体在重力作用下，穿过石墨孔板，形成液滴滴入熔渣中，与熔渣充分接触、反应；

(4)保温0.5h后，熔渣与硅熔体实现渣金分层；

(5)降至室温后取出，硅中的硼含量降低至0.25ppmw。

实施例3

本实施例提供一种利用实施例1所述强化装置进行多晶硅造渣除硼的实例。

(1)称取硼含量约30ppmw的工业硅1kg置于石墨孔板上层，称取0.9kg的造渣剂置于石墨坩埚底层；

(2)通入氩气保护，将坩埚加热至1550℃后，使工业硅与造渣剂熔化；

(3)硅熔体在重力作用下，穿过石墨孔板，形成液滴滴入熔渣中，与熔渣充分接触、反应；

(4)保温1h后，熔渣与硅熔体实现渣金分层；

(5)降至室温后取出，工业硅中硼含量降低至0.12ppmw。

实施例4

本实施例提供一种利用实施例1所述强化装置进行多晶硅造渣除硼的实例。

(1)称取硼含量约25ppmw工业硅1kg置于石墨孔板上层，称取0.85kg的造渣剂置于石墨坩埚底层；

(2)通入氩气保护，将坩埚加热至1600℃后，使工业硅与造渣剂熔化；

(3)硅熔体在重力作用下，穿过石墨孔板，形成液滴滴入熔渣中，与熔渣充分接触、反应；

(4)保温2.5h后，熔渣与硅熔体实现渣金分层；

(5)降至室温后取出，工业硅硼含量降低至0.11ppmw。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。