專利名稱：：制備太陽能級多晶硅的新工藝的制作方法
技術領域：
：本發明是以冶金級硅為原料,經還原熔煉、精煉、濕法冶金、真空提純制備太陽能級多晶硅的方法和工藝。太陽能多晶硅是制備光伏電池組件的重要原料，把太陽能轉化為電能，解決能源危機的重要途徑。
背景技術：
：目前光伏產品卯%左右仍然是以晶硅電池技術為主，傳統晶硅光伏電池的上游原料主要依靠半導體工業的邊角廢料和剩余產能。過去的十年當中，世界光伏產業的需求量保持著年均30%以上的增長速度近五年更是保持著年均40%的增長速度，預計在未來的2030年都將保持2030%的增長速度，造成光伏原料嚴重不足，因此,光伏能源是21世紀各國競相角逐的高新技術前沿之一。太陽能電池對多晶硅的純度要求只有6個9(99.9999%),而半導體晶硅片對晶硅原料純度要求通常10個9以上，價格及其高昂，因此需要研制新的成本更低廉的制備太陽能級多晶硅的方法。經過國內外文獻檢索，查到相關文獻12篇，國內外多晶硅的生產工藝有西門子法、、流化床法硅烷熱分解法、區域熔煉法、改良西門子法，由于工藝特被復雜，投資巨大，建設周期長，國內關鍵技術尚未解決等原因，用上述方法生產多晶硅用于光伏電池不合理。"Si-El光電高純硅(光電基材硅)"科技成果制備出的硅含量99.9967%，低于99.9999%，不能直接用于光伏電池上。國內昆明理工大學的"一種制備太陽能級多晶硅的方法"的專利，比電阻在0.4Q.cm左右光伏轉化率低僅是小試結果，尚不能實際應用。國內未見報用物理法生產達到太陽能多晶硅標準的成果。本發明的任務是針對制備太陽能電池對多晶硅的要求改進完善工藝.降低對上游原材料的要求，提高產品質量,降低成本,節能環保，使多晶硅符合做光伏電池的標準
發明內容本發明的內容是在電弧爐內，采用石墨電極產生的電弧加熱，用碳還原硅石制備出的冶金硅液，在精煉爐內經絮凝精煉、鋇鹽精煉、熔劑精煉、氧化精煉、硬模冷卻、破碎、酸洗、真空熔煉、真空脫氣、定向凝固、切頭去尾，得到太陽能級的多晶硅。工藝步驟為:1、選擇硅石、煅后石油焦、去皮木炭；比例為硅石油焦木炭=100:30:22在1700。C175(TC的電弧爐內進行還原熔煉得到冶金硅液；2、用真空抬包把硅液送入外加熱的硅包內進行精煉，分三段進行(1)、絮凝精煉絮凝劑配方SiO24080%Na20560%CaO1040%15501750。C攪拌30niin。絮凝劑加入量為硅液重量的310%。(2)、熔劑鋇鹽精煉BaC03:Ba(0H)2=13:1鋇鹽加入量為硅液重量的15%，15501750。C攪拌30min。(3)、氧化精煉通氬氣30min后，通25kPa氧氣0.53.5h，反應溫度15501750°C3、將液體硅澆鑄在(()100200X(j)500800的硬模內，冷卻后粉碎，控制粒度47ym《(()《246um，小于47nm的量低于510%。4、在0.53mol/L的鹽酸，0.53mol/L的氫氟酸，4090'C攪拌情況下，浸出5~20h,水洗使硅達PH=6.57.5，烘干。5、真空爐內進行真空精煉，分二個階段(1)、14501550'C在硅液表面l5mm處帶冷卻的鉬棒，使硅在鉬棒周圍逐漸結晶長大，達15kg后抽出重新注入硅液，把鉬棒上的結晶取下后，重復上述操作。真空度50150Pa，連續操作。(2)、在另一臺真空爐內抽真空到10100Pa,14501650'C充氬氣，氬氣中含15%的水蒸氣，攪拌0.5~1.5h升溫到1550185(TC，抽真空到10100Pa,攪拌0.52h。6、定向凝固切頭去尾，制得太陽能級高純多晶硅。本發明的工藝流程圖見附圖1本發明的優點是與西門子、改良西門子法相比，等傳統工藝相比較，原料來源豐富，固定資產投資僅是V3,并可分批投入，節能2025%，降低成本20%，原材料為硅石，更易獲得，不用氯氣，環保和設備材料容易解決，可生產出滿足太陽能電池需要的多晶硅，一個工藝可以有三個產品(99.95%、99.995、太陽能多晶硅)，可降低投資風險，上述三種產品國內外均有良好的市場，可應用于不同的行業，最終產品可以滿足太陽能級多晶硅的要求。具體實施例方式實施實例11800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內加入絮凝劑8kg，1670'C攪拌30min,取出渣7kg，再加入錁鹽精煉熔劑3kg，1670。C攪拌30min,通氬氣30min，同5kPa氧氣2.5h，溫度167(TC，冷卻后粉碎至100%通過246nm，小于47um的量低于6免，在1.5mol/L的鹽酸，1.5mol/L的氫氟酸，60。C，攪拌浸出15h，在20kg真空爐內，155(TC70Pa真空度下，鉬棒旋轉上升得貴晶體后在50Pa真空下，1550°C精煉脫氣、定向凝固(j)100mni硅棒，去兩端10cm。實施實例21800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內加入絮凝劑10kg，1670'C攪拌3fkin,取出渣8.5kg，再加入鋇鹽精煉熔劑5kg，175(TC攪拌30min，通氬氣30min，同5kPa氧氣3.0h，溫度1750°C,冷卻后粉碎至100^1過246um,小于47um的量低于6%，在3mol/L的鹽酸，3mol/L的氫氟酸，80°C,攪拌浸出20h,在20kg真空爐內，1600'C50Pa真空度下，鉬棒旋轉上升得貴晶體后在40Pa真空下，1600'C精煉脫氣、定向凝固())100mm硅棒，去兩端10cm。實施實例31800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內加入絮凝劑5kg，1550'C攪拌30min，取出渣3.8kg，再加入鋇鹽精煉熔劑2kg，1550'C攪拌30min，通氬氣30min，同5kPa氧氣2h，溫度1550°C，冷卻后粉碎至100%通過246nra，小于47um的量低于6%，在0.5mol/L的鹽酸，0.5mol/L的氫氟酸，40。C,攪拌浸出20h，在20kg真空爐內，160(TC50Pa真空度下，鉬棒旋轉上升得貴晶體后在40Pa真空下，1600'C精煉脫氣、定向凝固c()100mni硅棒，去兩端10cm。各實施實例高純硅檢測分析結果見附表1<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>權利要求1、制備太陽能級多晶硅的新工藝，其特征是(1)、在電弧爐內，采用石墨電極產生的電弧加熱，用碳還原硅石制備出冶金硅；(2)、在精煉爐內經絮凝精煉、鋇鹽精煉、熔劑精煉、通氬氣和氧氣精煉；(3)、冷凝后的冶金硅粉碎后進行鹽酸和氫氟酸浸出；(4)、硅液在真空條件下進行鉬棒旋轉提升結晶后進行真空精煉、脫氣提純。(5)、硅液進行定向凝固，切頭去尾。2、根據權利1.1和1.2所述的冶煉得到的冶金硅，其特征是產品呈棒狀，主要成分如下<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>硅石油焦木炭=100:30:22還原溫度1700'C1750。C絮凝劑配方Si024080%Na20560%Ca01040%15501750°C攪拌30min。絮凝劑加入量為硅液重量的310%。BaC03:Ba(0H)2=13:1鎖鹽加入量為硅液重量的15%，1550~1750°C攪拌30min通氬氣30min后，通25kPa氧氣0.53.5h。3、根據權利1.3所述的經過濕法冶金得到的硅粉，其特征是-246um100%，-47um57%主要成分如下<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>鹽酸濃度0.53mol/L，氫氟酸濃度0.53mol/L，浸出溫度4090。C，浸出時間520h。4、根據權利1.4所述所得的硅，其特征是第一階段溫度14501550'C鉬棒旋轉提升結晶硅，真空度50150Pa;第二階段真空度10100Pa，溫度15501850°C，真空度50150Pa，攪拌0.52h，<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>5、根據權利1.5所述所得的硅，其特征是硅棒小100mm())300inm據模具而定。全文摘要本發明是以冶金級硅為原料，經還原熔煉、精煉、濕法冶金、真空提純制備太陽能級多晶硅的方法和工藝。本發明的內容是在電弧爐內，采用石墨電極產生的電弧加熱，用碳還原硅石制備出的冶金硅液，在精煉爐內徑絮凝精煉、鋇鹽精煉、熔劑精煉、氧化精煉、硬模冷卻、破碎、酸洗、真空熔煉、真空脫氣、定向凝固、切頭去尾，得到太陽能級的多晶硅。本發明的優點是與西門子、改良西門子法等傳統工藝相比較，原料來源豐富，固定資產投資僅是1/3，并可分批投入，節能20～25％，降低成本20％，原材料為硅石，更易獲得，不用氯氣，環保和設備材料容易解決，可生產出滿足太陽能電池需要的多晶硅，一個工藝可以有三個產品(99.95％、99.995、太陽能多晶硅)，可降低投資風險，上述三種產品國內外均有良好的市場，可應用于不同的行業，最終產品可以滿足太陽能級多晶硅的要求。文檔編號C30B29/06GK101294300SQ20071005560公開日2008年10月29日申請日期2007年4月29日優先權日2007年4月29日發明者張廣立,楊興波申請人:張廣立;楊興波