專利名稱：去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，由大小不等的小晶粒組成，其晶粒尺寸一般在幾十到幾百納米之間。多晶硅在長波段具有高光敏性，同時還具有與單晶硅一樣的光照穩(wěn)定性，能有效、穩(wěn)定的吸收可見光，是高效、低耗的太陽能電池材料。傳統(tǒng)的太陽能級多晶硅制備工藝起源于半導(dǎo)體工業(yè)用電子級多晶硅制備工藝，主要通過提高硅單質(zhì)的沉積速度，將硅單質(zhì)與雜質(zhì)分離，得到純度略低的太陽能多晶硅，將得 到的多晶硅利用化學(xué)反應(yīng)2Si+H2+3Cl2=2SiHCl3轉(zhuǎn)化為中間化合物，再利用精餾提純技術(shù)提純中間化合物，以保證中間化合物的高純度，最后將中間化合物還原為高純度的多晶硅。此方法生產(chǎn)出的多晶硅的純度在6N以上，超高純度的多晶硅其純度可達到11N。依據(jù)上述方法得到的多晶硅純度高，因此，目前有70%以上的多晶硅是由這種方法制備的。這種方法存在以下不足之處1)、沉積溫度高達1100°C，沉積時間長，整個過程耗能多；2)、該方法工序繁瑣，耗時長，生產(chǎn)效率低；3)、該方法所用的回收裝置造價高，增大了多晶硅的生產(chǎn)成本；4)、該方法的操作難度大，不利于在中小型企業(yè)中推廣實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種純度高、耗能少、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、操作簡單的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
一種去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特殊之處是具體步驟如下
1)、將高純度石墨坩堝放入爐膛內(nèi)，將工業(yè)硅投入坩堝，所述的工業(yè)硅的投入量為坩堝容積的90% 100% ；
2)、關(guān)閉爐蓋，啟動真空泵將爐膛內(nèi)的空氣抽出，降低爐膛內(nèi)壓力至IOPa以下；
3)、啟動加熱裝置，將工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1420。。 1421 °C之間；
4)、關(guān)閉真空泵，打開進氣閥，向爐膛內(nèi)充入保護氣體，使?fàn)t膛內(nèi)的氣壓與大氣壓相
同；
5)、將石墨氣冷裝置插入熔融的工業(yè)硅中，向石墨氣冷裝置中通入保護氣體，多晶硅析出并包裹在石墨氣冷裝置的表面，當(dāng)石墨氣冷裝置表面的多晶娃的厚度為20mm 50mm時，將石墨氣冷裝置取出；
6)、用高純石墨棒將取出來的石墨氣冷裝置上的硅敲下至盛放容器中，得到提純的多晶娃;
7)、重復(fù)第5步、第6步至石墨氣冷裝置用于析出多晶硅的部分不能完全插入熔融的工業(yè)硅中，此時坩堝內(nèi)殘余熔融的工業(yè)硅廢液。
所述工業(yè)硅全部融化后調(diào)低加熱溫度時，降溫速率為2°C /h 5°C /h。所述保護氣體的通入速度為30L/min 40L/min,以穩(wěn)定的析出多晶娃。所述石墨氣冷裝置是由石墨外套和設(shè)置在石墨外套內(nèi)的進氣管構(gòu)成。所述石墨氣冷裝置插入熔融的工業(yè)娃時其插入深度為15cm 20cm。所述石墨氣冷裝置以5r/min 8r/min的速度自轉(zhuǎn)，以使析出的多晶娃均勻快速的包裹在石墨氣冷裝置表面。所述保護氣體為氬氣、氖氣、氮氣或者氦氣。所述真空泵為羅茨泵。所述殘余熔融的工業(yè)硅廢液回收，然后投入坩堝內(nèi)。所述高純度石墨坩堝、高純度石墨棒的純度為99. 9%以上。本發(fā)明的有益效果是
I)、該方法利用雜質(zhì)分凝現(xiàn)象的原理，對多晶硅進行重結(jié)晶以達到提純多晶硅的目的，避免了因進行長時間的沉積而耗費大量的能量；
2)、該方法無需將多晶硅轉(zhuǎn)化成中間化合物，生產(chǎn)效率高；
3)、該方法中用到的設(shè)備簡單，造價低廉，大大降低了多晶硅的生產(chǎn)成本；
4)、該方法僅需加熱熔融工業(yè)硅、冷卻結(jié)晶得到純凈的多晶硅，多晶硅的純度為99. 9999%以上，工序簡單，操作簡單，易于在中小企業(yè)中推廣實施。


圖I是本發(fā)明所用設(shè)備示意圖。圖中羅茨泵1，爐膛2，爐蓋201，石墨坩堝3，石墨氣冷裝置4，石墨外套401，進氣管402，進氣閥5。
具體實施例方式 實施例I
如圖所示，該去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，具體步驟如下
I )、將純度為99. 9%的石墨坩堝3放入爐膛2內(nèi)，將工業(yè)硅投入坩堝3，所述的工業(yè)硅的投入量為i甘禍3容積的90%。2)、關(guān)閉爐蓋201，啟動羅茨泵I將爐膛3內(nèi)的空氣抽出，使?fàn)t膛2內(nèi)壓力達到2Pa。3)、啟動加熱裝置，將加熱溫度調(diào)節(jié)至1450°C并保持I. 5h，待工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1420°C。
4)、關(guān)閉羅茨泵1，打開進氣閥5，向爐膛內(nèi)充入氬氣，使?fàn)t膛2內(nèi)的氣壓與大氣壓相同。5)、將石墨氣冷裝置4插入熔融的工業(yè)硅中，所述的石墨氣冷裝置4是由石墨外套401和設(shè)置在石墨外套401內(nèi)的進氣管構(gòu)成；插入深度為15cm，控制石墨氣冷裝置4以5r/min的速度自轉(zhuǎn),并以40L/min的速率向石墨氣冷裝置4中通入IS氣，多晶娃析出并包裹在石墨氣冷裝置4的表面，當(dāng)石墨氣冷裝置4表面的多晶硅的厚度為50_時，將石墨氣冷裝置4取出。6)、用純度為99. 9%的石墨棒將取出來的石墨氣冷裝置4上的硅敲下至盛放容器 中。
7)、重復(fù)步驟5)、6)至熔融的工業(yè)硅的液面為15cm，得到純度為99. 9999%的多晶硅。8)、將提純后的廢料回收，然后投入至坩堝中，重復(fù)提純。所述氬氣可用氖氣、氮氣或者氦氣、代替。實施例2
如圖所示，該去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，具體步驟如下
I )、將純度為99. 9%的石墨坩堝3放入爐膛2內(nèi)，將工業(yè)硅投入坩堝3，所述的工業(yè)硅的投入量為i甘禍3容積的95%。
2)、關(guān)閉爐蓋201，啟動羅茨泵I將爐膛2內(nèi)的空氣抽出，使?fàn)t膛2內(nèi)壓力達到6Pa。3)、啟動加熱裝置，將加熱溫度調(diào)節(jié)至1450°C并保持2h，待工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1421 °C。4)、關(guān)閉羅茨泵1，打開氮氣進氣閥5，向爐膛2內(nèi)充入氮氣(也可用氬氣、氖氣或者氦氣)，使?fàn)t膛2內(nèi)的氣壓與大氣壓相同。5)、將石墨氣冷裝置4插入熔融的工業(yè)硅中，插入深度為18cm，石墨氣冷裝置4以7r/min的速度自轉(zhuǎn),并以35L/min的速度向石墨氣冷裝置4中通入氖氣(也可用IS氣、氮氣或者氦氣)，多晶硅析出并包裹在石墨氣冷裝置4的表面，當(dāng)石墨氣冷裝置4表面的多晶硅的厚度為35_時，將石墨氣冷裝置4取出。6)、用純度為99. 9%的石墨棒將取出來的石墨氣冷裝置4上的硅敲下至盛放容器中，得到提純的多晶硅成品。7)、重復(fù)步驟5)、6)至坩堝內(nèi)殘余18cm熔融的工業(yè)硅廢液，得到純度為99. 99993%
的多晶硅。8)、將提純后熔融的工業(yè)硅廢液回收，然后投入至坩堝中，重復(fù)提純。所述氮氣。實施例3
如圖所示，該去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，具體步驟如下
I)、將純度為99. 9%的石墨坩堝3放入爐膛2內(nèi)，將工業(yè)硅投入坩堝3，所述的工業(yè)硅的投入量為纟甘禍3容積的100%。2)、關(guān)閉爐蓋201，啟動羅茨泵I將爐膛2內(nèi)的空氣抽出，使?fàn)t膛2內(nèi)壓力達到IOPa03)、啟動加熱裝置，將加熱溫度調(diào)節(jié)至1450°C并保持I. 8h，待工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1421 °C。4)、關(guān)閉羅茨泵1，打開氦氣進氣閥5，向爐膛2內(nèi)充入氦氣(也可用氬氣、氖氣或氮氣)，使?fàn)t膛2內(nèi)的氣壓與大氣壓相同。5)、將石墨氣冷裝置4插入熔融的工業(yè)硅中，插入深度為20cm，石墨氣冷裝置4以8r/min的速度自轉(zhuǎn),并以30L/min的速度向石墨氣冷裝置4中通入U1氣(也可用氦氣、氖氣或氮氣)，多晶硅析出并包裹在石墨氣冷裝置4的表面，當(dāng)石墨氣冷裝置4表面的多晶硅的厚度為20mm時，將石墨氣冷裝置4取出。6)、用純度為99. 9%的石墨棒將取出來的石墨氣冷裝置4上的硅敲下至盛放容器中，得到提純的多晶硅成品。
7)、重復(fù)步驟5)、6)至坩堝內(nèi)殘余20cm熔融的工業(yè)硅廢液，得到純度為99. 99995%
的多晶硅。
8)、將提純后熔融的工業(yè)硅廢液回收，然后投入至坩堝中，重復(fù)提純。上述實施例I-實施例3中的氬氣用氖氣(或氮氣或者氦氣)代替。所述氬氣可用氖氣、氮氣或者氦氣、代替。實施例4 所述高純度石墨坩堝、高純度石墨棒的純度為99. 92%，其它同實施例I。實施例5
所述高純度石墨坩堝、高純度石墨棒的純度為99. 95%，其它同實施例2。實施例6
所述高純度石墨坩堝、高純度石墨棒的純度為99. 97%，其它同實施例3。
權(quán)利要求
1.一種去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是 1)、將高純度石墨坩堝放入爐膛內(nèi)，將工業(yè)硅投入坩堝，所述的工業(yè)硅的投入量為坩堝容積的90% 100% ； 2)、關(guān)閉爐蓋，啟動真空泵將爐膛內(nèi)的空氣抽出，降低爐膛內(nèi)壓力至IOPa以下； 3)、啟動加熱裝置，將工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1420。。 1421 °C之間； 4)、關(guān)閉真空泵，打開進氣閥，向爐膛內(nèi)充入保護氣體，使?fàn)t膛內(nèi)的氣壓與大氣壓相同； 5)、將石墨氣冷裝置插入熔融的工業(yè)硅中，向石墨氣冷裝置中通入保護氣體，多晶硅析出并包裹在石墨氣冷裝置的表面，當(dāng)石墨氣冷裝置表面的多晶娃的厚度為20mm 50mm時，將石墨氣冷裝置取出； 6)、用高純石墨棒將取出來的石墨氣冷裝置上的硅敲下至盛放容器中，得到提純的多晶娃; 7)、重復(fù)第5步、第6步至石墨氣冷裝置用于析出多晶硅的部分不能完全插入熔融的工業(yè)硅中，此時坩堝內(nèi)殘余熔融的工業(yè)硅廢液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述工業(yè)硅全部融化后調(diào)低加熱溫度時，降溫速率為2°C /h 5°C /h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述保護氣體的通入速度為30L/min 40L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述石墨氣冷裝置是由石墨外套和設(shè)置在石墨外套內(nèi)的進氣管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述石墨氣冷裝置插入熔融的工業(yè)硅時其插入深度為15cm 20cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述石墨氣冷裝置以5r/min 8r/min的速度自轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述保護氣體為氬氣、氖氣、氮氣或者氦氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述真空泵為羅茨泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述殘余熔融的工業(yè)硅廢液回收，然后投入坩堝內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，其特征是所述高純度石墨坩堝、高純度石墨棒的純度為99. 9%以上。
全文摘要
一種去除多晶硅中金屬雜質(zhì)的方法，具體步驟如下將工業(yè)硅投入坩堝；降低爐膛內(nèi)壓力至10Pa以下；啟動加熱裝置，將工業(yè)硅全部融化后，緩慢調(diào)低加熱溫度至熔融的工業(yè)硅的溫度保持在1420℃～1421℃之間；向爐膛內(nèi)充入保護氣體；將石墨氣冷裝置插入熔融的工業(yè)硅中，向石墨氣冷裝置中通入保護氣體，當(dāng)石墨氣冷裝置表面的多晶硅的厚度為20mm～50mm時，將石墨氣冷裝置取出；將取石墨氣冷裝置上的硅敲下至盛放容器中；反復(fù)提取至石墨氣冷裝置用于析出多晶硅的部分不能完全插入熔融的工業(yè)硅中。優(yōu)點是耗能少、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、操作簡單。
文檔編號C01B33/037GK102674365SQ20121011956
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者張海軍, 張海霞, 田鵬, 車永軍 申請人:錦州新世紀(jì)石英(集團)有限公司