專利名稱：冶金級(jí)硅的精煉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從冶金級(jí)硅生產(chǎn)高純硅的方法。
已知許多金屬雜質(zhì)是在硅金屬結(jié)晶期間排出的，而且這些雜質(zhì)將沿著硅的晶粒邊界結(jié)晶，或是作為金屬間化合物或作為硅化物。尤其是鐵和鋁屬于這種情況。因此硅的純化可以通過(guò)如此進(jìn)行結(jié)晶來(lái)完成，以使這些雜質(zhì)可被集中和除去，例如用晶體拉伸、區(qū)域熔融或類似的方法，或通過(guò)應(yīng)用一種不浸蝕硅金屬的酸把雜質(zhì)溶解。
晶體拉伸以及區(qū)域熔融是很有效的純化方法，但極其昂貴，并且在得到令人滿意的太陽(yáng)能電池質(zhì)量之前需要至少兩次純化冶金級(jí)硅。
由US No.4,539,194可知一種方法，其中熔融的硅與1-10％重量的鈣熔合，然后固化的合金以兩個(gè)步驟浸提。在第一個(gè)浸提步驟中，是應(yīng)用一種FeCl3和HCl的水溶液，該溶液把硅分解為小的硅顆粒。在第二個(gè)浸提步驟中，是應(yīng)用一種HF和HNO3的水溶液。通過(guò)這一方法，對(duì)于鐵和鋁二者得到了充分的純化，而且對(duì)于磷也得到了某種程度的純化。然而，US No.4,539,194的方法有某些缺陷。例如較大量的鈣加到硅中是昂貴的，因?yàn)樵谌酆掀陂g鈣的損失高并隨著硅中鈣量的增加而增加。此外，在兩個(gè)浸提步驟中控制浸提反應(yīng)是困難的，因?yàn)楣柰楹虷2氣體的反應(yīng)是高放熱的可引起自然和爆炸。最后，硅中高量的鈣招致極細(xì)顆粒硅形式硅的高損失，這是在兩個(gè)浸提步驟后進(jìn)行的清洗步驟中損失的。
發(fā)明公開現(xiàn)已令人驚異地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)加入較少量的鈣可得到良好的純化效果，尤其是對(duì)鐵，條件是在欲精制的冶金級(jí)硅中鋁和鐵之間的重量比維持在某些限度內(nèi)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，將要精煉的硅中低量的鈣導(dǎo)致細(xì)顆粒硅的較低損失。
因此，本發(fā)明涉及一種純化冶金級(jí)硅的方法，其中將含鈣的化合物在硅從熔爐放出之前或之后加到熔融的硅中，然后在較高的冷卻速率下鑄造硅并固化，將固化的硅碾碎并經(jīng)過(guò)由兩個(gè)浸提步驟組成的純化過(guò)程，在第一個(gè)浸提步驟中將硅用FeCl3或FeCl3和HCl的水溶液處理，這使得硅分解，而在第二個(gè)浸提步驟中用HF或HF/HNO3的水溶液對(duì)硅進(jìn)行處理，該法的特征在于，加入到熔融硅中含鈣化合物的量需要在熔融硅中提供0.3-0.95％重量的鈣，而且在熔融硅中鋁和鐵的重量比通過(guò)加鋁到熔融硅中調(diào)節(jié)到0.5-2.0。
鋁和鐵的重量比優(yōu)選調(diào)節(jié)到0.6-1.2。
已令人驚異地發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明的方法可得到純化硅中的鐵含量與按照US No.4,539,194的方法處理的硅中的鐵含量同樣低，即使加到熔融硅中的鈣量大大低于按照US No.4,539,194的方法。此外，對(duì)于發(fā)生在兩個(gè)浸提步驟中的反應(yīng)，得到了改進(jìn)的控制，這是因?yàn)樾纬傻墓柰榈牧看蟠鬁p少，因而減低了爆炸的可能性。按照本發(fā)明的方法給出了改進(jìn)的硅產(chǎn)率，因?yàn)橐炎C實(shí)細(xì)顆粒形式的硅損失隨鈣含量的降低而減少。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例1不同數(shù)量的鈣和鋁加到熔融的冶金級(jí)硅中。
合金在鑄模中于較高冷卻速率下澆鑄。將固化的合金碾碎為顆粒尺寸低于120mm，而對(duì)某些合金而言顆粒尺寸小于30mm。這些合金的化學(xué)組成以及鋁和鐵的含量比示于表1。
表1中的2和3號(hào)合金是按照本發(fā)明的方法制成的，而表1中的1號(hào)和4號(hào)合金具有的鋁和鐵的重量比超出本發(fā)明的范圍。
表1
然后將合金用FeCl3和HCl的水溶液在第一浸提步驟中浸提。來(lái)自第一浸提步驟中未溶解的硅用水洗滌，然后用5％HF溶液進(jìn)行第二浸提步驟。來(lái)自第二浸提步驟的固體硅用水洗滌。
分析純化硅合金的雜質(zhì)，結(jié)果示于表2。
表2
由表2可看出，2號(hào)和3號(hào)合金的雜質(zhì)去除大大好于1號(hào)和4號(hào)合金，1號(hào)和4號(hào)合金中Al/Fe重量比分別低于和高于2號(hào)和3號(hào)合金。
權(quán)利要求
1.純化冶金級(jí)硅的方法，其中含鈣化合物是在硅從熔爐放出之前或之后加到熔融硅中，然后在較高的冷卻速率下鑄造和固化硅，將固化的硅碾碎并經(jīng)受由兩個(gè)浸提步驟組成的純化過(guò)程，在第一個(gè)浸提步驟中用FeCl3或FeCl3和HCl的水溶液處理硅，使硅分解，而在第二個(gè)浸提步驟中用HF或HF/HNO3的水溶液處理硅，其特征在于，加到熔融硅中的含鈣化合物的量必須在熔融硅中提供0.3-0.95％重量的鈣，和熔融硅中鋁和鐵的重量比通過(guò)把鋁加到熔融硅中調(diào)節(jié)成0.5-2.0。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于鋁和鐵的重量比控制在0.6-1.2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純化冶金級(jí)硅的方法，其中將含鈣的化合物在硅從熔爐放出之前或之后加到熔融硅中。在較高的冷卻速率下鑄造硅和使其固化，將固化的硅碾碎，并使其經(jīng)受由兩個(gè)浸提步驟組成的純化過(guò)程。在第一個(gè)浸提步驟中，硅用FeCl
文檔編號(hào)C01B33/037GK1409691SQ00816904
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月8日
發(fā)明者B·塞卡洛利, K·弗里斯塔德 申請(qǐng)人:埃爾凱姆公司