專利名稱：：一種通過氧化處理提純金屬硅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬硅的提純方法，尤其涉及一種通過氧化處理提純金屬硅的方法。
背景技術(shù)：
：太陽能分布廣泛，是一種用之不竭的清潔能源。太陽能電池能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，但目前太陽能電池的價(jià)格比較高，尤其是作為光伏市場(chǎng)主體的晶硅電池成本依然很高，這嚴(yán)重影響了太陽能的推廣和使用。目前光伏市場(chǎng)由晶體硅太陽電池主導(dǎo)。而近年來，硅材料成本占到總成本的25%以上，成為制約太陽能電池進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。在高純多晶硅提純技術(shù)中，改良西門子法、硅烷法占據(jù)了90%以上的份額。但是，利用這些方法得到的硅原料純度可達(dá)9N，遠(yuǎn)高于太陽能級(jí)硅的7N要求，且成本難以降低。低成本的物理冶金法可以直接將金屬硅提純至太陽能級(jí)的要求，因此有望取代西門子法而大幅降低材料成本。一般認(rèn)為，大多金屬雜質(zhì)在硅中的分凝系數(shù)都很小，可用定向凝固方法去除，但是，當(dāng)金屬雜質(zhì)濃度很高(大于lppmw，卯mw是指按質(zhì)量計(jì)的百萬分之一，即指在每克硅中有1微克的金屬雜質(zhì))時(shí)，金屬雜質(zhì)不能通過定向凝固的辦法去除。在對(duì)金屬硅進(jìn)行提純之前，必須先大幅降低金屬雜質(zhì)濃度至lppmw以下，使得定向凝固能夠發(fā)揮最大的作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種低成本、屬于物理法提純范疇的金屬硅的提純方法。通過本方法制備高級(jí)金屬硅，可以作為太陽能電池用硅材料或進(jìn)一步提純的原料。—種通過氧化處理提純金屬硅的方法，包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈、烘干；2)將步驟1)的產(chǎn)物(經(jīng)過去油、洗凈、烘干后的金屬硅)在氧氣氣氛下加熱至11001350。C，保溫20240分鐘，以110。C每分鐘的速率降溫至700IOO(TC，保溫30150分鐘之后冷卻到室溫；3)將步驟2)的產(chǎn)物(加熱并冷卻后的金屬硅)取出，用鹽酸和氫氟酸的混合溶液浸泡15個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈；所述的鹽酸的質(zhì)量百分比濃度為5%20%;所述的氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為1%10%;所述的鹽酸與氫氟酸的體積比i:i。步驟1)所述的金屬硅的粒徑大小為0.Olmm10mm。步驟2)所述的氧氣為干氧或濕氧(濕氧指氧氣通過85攝氏度的蒸餾水所形成的混合氣體)。作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟2)中，將步驟l)的產(chǎn)物在氧氣氣氛下加熱至1100120(TC，保溫20-150分鐘，以1l(TC每分鐘的速率降溫至750850。C，保溫30150分鐘之后冷卻；降溫時(shí)，對(duì)所需的氣體氛圍沒有特殊要求。作為進(jìn)一步優(yōu)選，步驟3)中所述的鹽酸的質(zhì)量百分比濃度為5%12%;所述的氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為1%5%。本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種低成本、低能耗、簡便易行的一種物理法提純制備太陽能級(jí)硅的方法，能將金屬硅純度初步提純到99.99%99.999%(45N)，可以作為太陽能電池用硅材料或進(jìn)一步提純的原料。本發(fā)明利用了硅中界面具有較高能量易于雜質(zhì)聚集的原理，在金屬硅表面通過氧化的方式人為形成硅-二氧化硅界面，對(duì)金屬硅中的雜質(zhì)進(jìn)行初步的吸雜處理，得到較純的硅材料，以用于后續(xù)的提純工藝。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程簡單，低能耗，低成本，無污染排放，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)率高，通過此方法提純制備的硅原料能夠初步達(dá)到太陽級(jí)硅的要求。具體實(shí)施方式實(shí)施例11)將金屬硅(粒徑大小為0.01mm)去油、洗凈，烘干；2)將步驟1的產(chǎn)物放入退火爐中，在氧氣氣氛(干氧)下加熱至IIO(TC，保溫20分鐘，以l(TC每分鐘的速率降溫至70(TC，保溫30分鐘，之后隨爐冷卻；3)將步驟3的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度5%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度1%的氫氟酸按體積比l:l浸泡l個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈?？梢缘玫郊兌葹?N的高級(jí)金屬硅材料。(雜質(zhì)含量經(jīng)過ICPMS測(cè)試，具體見下表，ppmw是指按質(zhì)量計(jì)的百萬分之一，即指在每克硅中有1微克的金屬雜質(zhì))雜質(zhì)原子BPFeAlCaCuNi總和處理前含量(卯mw)25212504230124523155134處理后含量(ppiw)31.5220.80.30.39.9實(shí)施例21)將金屬硅(粒徑大小為lmm)去油、洗凈，烘干；2)將步驟1的產(chǎn)物放入退火爐中，在氧氣氣氛(濕氧-氧氣通過85攝氏度的蒸餾水所形成的混合氣體)下加熱至120(TC，保溫120分鐘，以3t:每分鐘的速率降溫至85(TC，保溫75分鐘，之后隨爐冷卻；3)將步驟3的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為15%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為3%的氫氟酸按體積比1:1浸泡1.5個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈。可以得到純度為4.5N的高級(jí)金屬硅材料。(雜質(zhì)含量經(jīng)過ICPMS測(cè)試，具體見下表，卯mw是指按質(zhì)量計(jì)的百萬分之一，即指在每克硅中有1微克的金屬雜質(zhì))4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例31)將金屬硅(粒徑大小為10mm)去油、洗凈，烘干；2)將步驟1的產(chǎn)物放入退火爐中，在氧氣氣氛(干氧)下加熱至135(TC，保溫240分鐘，以rC每分鐘的速率降溫至IOO(TC，保溫150分鐘，之后隨爐冷卻；3)將步驟3的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度20%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度10%的氫氟酸按體積比l:l浸泡5個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈?？梢缘玫郊兌葹?.5N的高級(jí)金屬硅材料。(雜質(zhì)含量經(jīng)過ICPMS測(cè)試，具體見下表，ppmw是指按質(zhì)量計(jì)的百萬分之一，即指在每克硅中有1微克的金屬雜質(zhì))<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種通過氧化處理提純金屬硅的方法，其特征在于包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈、烘干；2)將步驟1)的產(chǎn)物在氧氣氣氛下加熱至1100～1350℃，保溫20～240分鐘，以1～10℃每分鐘的速率降溫至700～1000℃，保溫30～150分鐘之后冷卻至室溫；3)將步驟2)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為5％～20％的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為1％～10％的氫氟酸按體積比1∶1浸泡1～5個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈。2.如權(quán)利要求1所述的通過氧化處理提純金屬硅的方法，其特征在于所述的金屬硅的粒徑大小為0.Olmm10mm。3.如權(quán)利要求1所述的通過氧化處理提純金屬硅的方法，其特征在于所述的氧氣為干氧或濕氧。4.如權(quán)利要求1所述的通過氧化處理提純金屬硅的方法，其特征在于將步驟1)的產(chǎn)物在氧氣氣氛下加熱至1100120(TC，保溫20150分鐘，以1l(TC每分鐘的速率降溫至70085(TC，保溫30150分鐘之后冷卻至室溫。5.如權(quán)利要求1所述的用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于將步驟2)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為5%15%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為1%5%的氫氟酸按體積比l:1浸泡15個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈。全文摘要本發(fā)明公開了一種通過氧化處理提純金屬硅的方法，包括如下步驟將金屬硅去油、洗凈、烘干；然后在氧氣氣氛下加熱，保溫、降溫再保溫之后冷卻；最后在鹽酸和氫氟酸混合溶液浸泡后用去離子水清洗干凈而得到純度為4～5N的高級(jí)金屬硅。本發(fā)明利用了硅中界面具有較高能量易于雜質(zhì)聚集的原理，在金屬硅表面通過氧化的方式人為形成硅-二氧化硅界面，對(duì)金屬硅中的雜質(zhì)進(jìn)行初步的吸雜處理，得到較純的硅材料，以用于后續(xù)的提純工藝。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程簡單，低能耗，低成本，無污染排放，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)率高，通過此方法提純制備的硅原料能夠初步達(dá)到太陽級(jí)硅的要求。文檔編號(hào)C01B33/037GK101774585SQ20101004005公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月19日優(yōu)先權(quán)日2010年1月19日發(fā)明者余學(xué)功,楊德仁,顧鑫申請(qǐng)人:浙江大學(xué)