專利名稱：金屬硅酸洗提純的方法
技術領域：
本發明有關一種多晶硅的提純方法，特別是指一種金屬硅酸洗提純的方法。
背景技術：
高純多晶硅是制備太陽能電池的主要原料。制備多晶硅的手段主要為西門子法和物理冶金法。西門子法的不足之處在于其工藝流程的環節過多，一次轉化率低，導致流程時間太長，增加了材耗、能耗成本。相比之下，冶金法提純多晶硅具有投資規模小、耗電低、無污染等優點，可實現多晶硅的低成本生產。因此利用冶金法生產太陽能電池用多晶硅成為近期研發的重點技術。現有技術中，冶金法提純多晶硅的工藝要求，在熔煉提純前后均需要用到濕法酸洗工藝，有針對性的降低金屬雜質的含量，以確保整個工藝的提純效果，獲得滿足太陽能電池對材料性能的要求。
現行的酸洗除雜工藝，沒有一種兼顧成本、效率、有針對性、除雜效果的酸洗除雜技術。如何綜合考慮上述因素，又能將金屬含量降低到一個較低的水平，對確保后續提純效果，獲得高純多晶硅材料，是一個亟待解決的重要課題。本案便由此產生。
發明內容
本發明的目的是提供一種金屬硅酸洗提純方法，可以降低成本、提高提純效果，使金屬硅中金屬含量降到一個較低水平，制造出滿足制造太陽能電池用高純硅材料。為實現上述目的，本發明的解決方案是
一種金屬硅酸洗提純方法，其具體步驟為
①、將精煉后金屬硅做原材料，經過粉碎研磨，篩分出60飛00目的硅粉；
②、將篩分出的硅粉進行第一次酸洗，酸洗過程伴隨攪拌，酸洗時間為3小時；
③、第一次酸洗完后，用純凈水漂洗到中性；
④、將漂洗后的硅粉進行第二次酸洗，酸洗時間為3小時；
⑤、第二次酸洗完后，用純凈水沖洗至中性；
⑥、將漂洗后的硅粉進行第三次酸洗，酸洗時間為2小時；
⑦、第三次酸洗完后，用純凈水沖洗至中性烘干即可。所述步驟①中硅粉篩分的粒度優選為80-200目。所述步驟②中第一次酸洗的酸洗液是由HF酸和HCl、HN03、H2S04、CH3C00H，H2C204中的一種或者幾種組成，濃度為HF酸5%，其它酸總濃度10_20%，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為3小時。所述步驟④中第二次酸洗的酸洗液是由HC1，HN03, CH3C00H, H2C204中的一種或者幾種組成，其濃度約為10 15%，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為3小時。所述步驟⑥中第三次酸洗的酸洗液是王水，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為2小時。
所述步驟③、⑤、⑦中所用的純凈水為電阻率大于18. 25MW/cm的去離子水。所述步驟④、⑥的酸洗反應過程中保持攪拌，以促進其反應均勻性與效果。采用上述方案可知，本發明是采用濕法冶金技術，以精煉后金屬硅做原材料，經過粉碎研磨，篩分出一定的粒度范圍作為原料硅粉，按不同的酸組合和順序進行連續三次不同配方的酸洗操作，酸洗過程保持攪拌，酸洗完后過濾并用純水沖洗金屬硅至中性；該方法能最有效的除去金屬雜質到一個較低的水平，首先是所指定的目級范圍能接近硅晶粒的粒徑，使雜質含量富集的晶界暴露，以便后續工藝 更好的去除；另外第一次酸洗所用HF酸除了與表層和晶界間的金屬和金屬氧化物雜質，并刺穿二氧化硅氧化膜，使包覆于薄膜內的金屬及其氧化物雜質得以去除；除此之外，第二遍酸洗還能有效清除第一次反應可能殘留的易溶于酸的金屬鹵化物及其他類金屬化合物雜質，第三遍可以去除難溶的其它金屬金屬化合物雜質；經過這樣處理過的金屬硅主要金屬含量均低于20ppm。
圖I為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式以下配合附圖對本發明的具體實施方式
進行說明
配合圖I所示，本發明揭示了一種硅酸洗提純方法，其具體步驟為
①、將精煉后的目標金屬硅破碎研磨，篩分出60飛00目級的硅粉，優選為80-200目，此范圍對應的金屬硅顆粒大小為5(T180微米，與金屬硅的晶粒直徑大小相當，有利于集聚在晶界的雜質的暴露；
②、將篩分出的硅粉進行第一次酸洗，第一次酸洗的酸洗液是由HF酸和HC1、HN03、H2S04、CH3C00H，H2C204中的一種或者幾種組成，濃度為HF酸5%，其它酸總濃度10_20%，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為3小時，酸洗過程伴隨攪拌，此過程主要為清除表層和晶界間的金屬和金屬氧化物雜質，并刺穿二氧化硅氧化膜，使包覆于薄膜內的金屬及其氧化物雜質得以去除；
③、第一次酸洗完后，用純水將硅粉清洗至中性；該純凈水為電阻率大于18.25MW/cm的去離子水；
④、將漂洗后的硅粉進行第二次酸洗，第二次酸洗的酸洗液是由HC1，HN03,CH3C00H,H2C204中的一種或者幾種組成，其濃度約為10-15%，硅粉與酸液的固液比為1 :3 5，反應時間為3小時，這個過程用于清除第一次反應可能殘留的易溶于酸的金屬鹵化物及其他類金屬化合物雜質；
⑤、第二次酸洗完后，用純水將硅粉清洗至中性；該純凈水為電阻率大于18.25MW/cm的去離子水；
⑥、將漂洗后的硅粉進行第三次酸洗，第三次酸洗的酸洗液是王水，硅粉與酸液的固液比為1 :3 5，反應時間為2小時，這個過程用于去除難溶的其它金屬金屬化合物雜質；
⑦、第三次酸洗完后，用純凈水將硅粉沖洗至中性，純凈水為電阻率大于18.25MW/cm的去離子水，之后烘干得到金屬雜質含量均低于20ppm,磷低于2ppm的金屬娃。實例I取精煉后金屬硅若干，其主要金屬雜質含量如下表I中處理前數據，將其破碎研磨后，篩分出80-200目級的金屬硅粉，先用HF酸5%和H2S04酸10%，固液比I :3進行第一次酸洗，反應時間為3小時；清洗后接著用HCl酸6%和H2C204酸4%，固液比為I :3進行第二次酸洗，反應時間為3小時；第三次酸洗用王水，固液比I :3進行，反應時間為2小時；酸洗全程保持攪拌，酸洗完畢后用純水清洗硅粉至清洗溶液呈中性，烘干硅粉。經檢測，處理后金屬硅粉金屬元素含量如下表I中處理后數據。表I金屬娃粉處理前后金屬兀素含量
PPM [Fe [Al [Ca
權利要求
1.一種金屬硅酸洗提純的方法，其具體步驟為 ①、將精煉后金屬硅做原材料，經過粉碎研磨，篩分出60飛00目的硅粉； ②、將篩分出的硅粉進行第一次酸洗，酸洗過程伴隨攪拌，酸洗時間為3小時； ③、第一次酸洗完后，用純凈水漂洗到中性； ④、將漂洗后的硅粉進行第二次酸洗，酸洗時間為3小時； ⑤、第二次酸洗完后，用純凈水沖洗至中性； ⑥、將漂洗后的硅粉進行第三次酸洗，酸洗時間為2小時； ⑦、第三次酸洗完后，用純凈水沖洗至中性烘干即可。
2.如權利要求I所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟①中硅粉篩分的粒度優選為80-200目。
3.如權利要求I所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟②中第一次酸洗的酸洗液是由HF酸和HC1、HN03、H2S04、CH3COOH, H2C204中的一種或者幾種組成，濃度為HF酸5%，其它酸總濃度10-20%，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為3小時。
4.如權利要求I所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟④中第二次酸洗的酸洗液是由HC1，HN03, CH3COOH, H2C204中的一種或者幾種組成，其濃度約為10 15%，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為3小時。
5.如權利要求I所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟⑥中第三次酸洗的酸洗液是王水，硅粉與酸液的固液比為1 :2 4，反應時間為2小時。
6.如權利要求I所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟③、⑤、⑦中所用的純凈水為電阻率大于18. 25MW/cm的去離子水。
7.如權利要求1、4、5或6所述的金屬硅酸洗提純的方法，其特征在于所述步驟④、⑥的酸洗反應過程中保持攪拌，以促進其反應均勻性與效果。
全文摘要
本發明公開了一種金屬硅多次酸洗提純的方法，涉及一種成本低、工藝簡單、能耗低的去除金屬硅中關鍵金屬元素的方法，可應用于做太陽能級別硅材料的初級提純的方法。其特征在于采用濕法冶金技術，以特制的工業硅做原材料，經過粉碎研磨，篩分出一定的粒度范圍作為原料硅粉，按不同的酸組合和順序進行連續三次酸洗操作。酸洗過程保持攪拌，酸洗完后過濾并用純水沖洗至中性，之后烘干即可。采用本發明的方法可以將金屬硅中的主要金屬含量的降低到20ppm以下，將此多晶硅經過定向凝固后生產滿足太陽能電池質量要求的多晶硅，大大減少后續的提純成本。
文檔編號C01B33/037GK102757050SQ20111010677
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者孫東亞, 孫坤澤, 蔣智鵬 申請人:日鑫(永安)硅材料有限公司