專利名稱：以硅石為原料制備太陽能級硅的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能級硅的制備方法，尤其是一種以硅石為原料制備太陽能級 硅的方法，屬于冶金工程技術領域。
背景技術：
太陽能發(fā)電具有充分的清潔性，絕對的安全性，資源的相對廣泛性和充足性，長壽 命以及免維護等優(yōu)越特性，是其它常規(guī)能源所不具備的。目前硅材料仍是太陽能電池，特別 是晶體硅太陽能電池最重要的轉換材料。多晶硅原材料的高成本制取，嚴重阻礙了光伏產(chǎn) 業(yè)的高速發(fā)展，而直接利用傳統(tǒng)的西門子法生產(chǎn)太陽能級硅，雖然技術成熟，但因其生產(chǎn)成 本過高且造成的環(huán)境負荷大，而不能滿足國際太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。所以，探索一條不依 賴于半導體產(chǎn)業(yè)的低成本太陽能級硅生產(chǎn)新工藝及技術是非常必要的。近年來圍繞太陽能級硅制備的新工藝、新技術及設備等，諸多方面的研究非?；?躍，國內外對太陽能級硅制備新技術展開了較系統(tǒng)地深入研究，并出現(xiàn)了許多研究上的新 成果和技術上的突破。專利號為200610010654. 8的發(fā)明專利，提出了一種制備太陽能級硅 的方法，它是以傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的冶金級硅為原料，制備成太陽能級硅的方法，存在能耗高、 污染大等問題。

發(fā)明內容
為克服生產(chǎn)成本高、環(huán)境污染大等問題，本發(fā)明提供一種以硅石為原料制備太陽 能級硅的方法，以滿足太陽能電池行業(yè)所需的硅原料要求。本發(fā)明通過下列技術方案實現(xiàn)一種以硅石為原料制備太陽能級硅的方法，其特 征在于經(jīng)過下列工藝步驟A.以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在600 1000°C下通過熔鹽電解質進
行還原，使二氧化硅中的元素硅被直接電解還原成單質硅；B.在步驟A所得單質硅中，按1 3 9的質量比添加化合物，并在600 1200°C 下通入保護性氣體進行結晶處理，得結晶硅；C.按1 1 8的固液質量比，將步驟B的結晶硅置于濃度為1 5mol/L的鹽酸 液中，酸浸2 48小時；D.取出酸浸過的硅，用水洗滌2 5次，并在40 150°C下干燥2 3小時；E.將干燥后的硅置于1450 1650°C下進行熔化；F.將熔化后的硅在溫度為1600 1650°C、壓力為1X10—2 IOPa的真空條件下
進行真空蒸發(fā)；G.將步驟F真空蒸發(fā)后的熔體硅以0. 1 5mm/h的冷凝速率進行冷凝后，得太陽 能級硅。所述步驟B中的保護性氣體為氬氣。所述步驟B中的化合物為硫化物、氯化物和/或氟化物。
所述硫化物優(yōu)選CuS。所述氯化物優(yōu)選&(13或？化13。所述氟化物優(yōu)選VF3。與現(xiàn)在技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明生產(chǎn)工藝流程短，生產(chǎn)設備簡單，電耗 低，生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染小，操作安全，產(chǎn)品純度高，熔鹽電解階段為選擇性還原，不但去 除了氧，而且還去除了大量的磷及部分鋁、鈣、鈦等雜質，酸浸處理可進一步去除鐵、鋁、鈣、 鈦等雜質，高溫結晶過程添加的化合物可去除硼雜質，這些方法可有效地去除各種雜質元 素，尤其是難處理的硼雜質，經(jīng)真空蒸發(fā)及冷凝后，制得太陽能級硅，純度超過99. 99991%。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明做進一步描述。實施例1A.以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在900°C下通過熔鹽電解質進行常規(guī)還 原，使硅石中的元素硅被直接電解還原成單質硅；B.按1 3的質量比，在步驟A的單質硅中添加CuS，并在1000°C下通入氬氣進行
常規(guī)結晶處理，得結晶硅；C.按1 5的固液質量比，將步驟B的結晶硅置于濃度為5mol/L的鹽酸液中，酸 浸20小時；D.取出酸浸過的硅，用水洗滌5次，并在150°C下干燥2小時；E.將干燥后的硅置于1500°C下進行熔化；F.將熔化后的硅在溫度為1650°C，壓力為1 X 10_2Pa的真空條件下進行真空蒸 發(fā)；G.將經(jīng)步驟F真空蒸發(fā)后的熔體硅以0. lmm/h的冷凝速率冷凝后，得太陽能級硅， 純度為 99. 99995% ο實施例2A.以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在600°C下通過熔鹽電解質進行常規(guī)還 原，使硅石中的元素硅被直接電解還原成單質硅；B.按1 9的質量比，在步驟A所得的單質硅中添加CrCl3，并在600°C下通入氬
氣進行常規(guī)結晶處理，得結晶硅；C.按1 1的固液質量比，將步驟B的結晶硅置于濃度為3mol/L的鹽酸液中，酸 浸48小時；D.取出酸浸過的硅，用水洗滌4次，并在120°C下干燥3小時；E.將干燥后的硅置于1650°C下進行熔化；F.將熔化后的硅在溫度為1600°C、壓力為IOPa的真空條件下進行真空蒸發(fā)；G.將步驟F真空蒸發(fā)后的熔體硅以lmm/h的冷凝速率冷凝后，得太陽能級硅，純度 為 99. 99992% ο
實施例3A.以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在1000°C下通過熔鹽電解質進行常規(guī) 還原，使硅石中的元素硅被直接電解還原成單質硅；B.按1 6的質量比，在步驟A所得的單質硅中添加FeCl3和VF3,并在1200°C下 通入氬氣進行常規(guī)結晶處理，得結晶硅；C.按1 8的固液質量比，將步驟B的結晶硅置于濃度為lmol/L的鹽酸液中，酸 浸2小時；D.取出酸浸過的硅，用水洗滌2次，并在40°C下進行干燥2. 5小時；E.將干燥后的硅置于1450°C下進行熔化；F.將熔化后的硅在溫度為1620°C、壓力為5Pa的真空條件下進行真空蒸發(fā)；G.將步驟F真空蒸發(fā)后的熔體硅以5mm/h的冷凝速率進行冷凝后，得太陽能級硅， 純度為 99. 99991% ο
權利要求
一種以硅石為原料制備太陽能級硅的方法，其特征在于經(jīng)過下列工藝步驟A.以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在600～1000℃下通過熔鹽電解質進行還原，使硅石中的元素硅被直接電解還原成單質硅；B.在步驟A所得單質硅中，按1∶3～9的質量比添加化合物，并在600～1200℃下通入保護性氣體進行結晶處理，得結晶硅；C.按1∶1～8的固液質量比，將步驟B的結晶硅置于濃度為1～5mol/L的鹽酸液中，酸浸2～48小時；D.取出酸浸過的硅，用水洗滌2～5次，并在40～150℃下干燥2～3小時；E.將干燥后的硅置于1450～1650℃下進行熔化；F.將熔化后的硅在溫度為1600～1650℃、壓力為1×10 2～10Pa的真空條件下進行真空蒸發(fā)；G.將步驟F真空蒸發(fā)后的熔體硅以0.1～5mm/h的冷凝速率進行冷凝后，得太陽能級硅。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟B中的保護性氣體為氬氣。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟B中的化合物為硫化物、氯化物和 /或氟化物。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所述硫化物優(yōu)選CuS。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所述氯化物優(yōu)選CrCl3或/和FeCl3。
6.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所述氟化物優(yōu)選VF3。全文摘要
本發(fā)明提供一種以硅石為原料制備太陽能級硅的方法，以硅石為原料，以CaCl2為熔鹽電解質，在600～1000℃下通過熔鹽電解質進行還原，使硅石中的元素硅被直接電解還原成單質硅；在單質硅中，按1∶3～9的質量比添加化合物，并在600～1200℃下通入保護性氣體進行結晶處理；再按1∶1～8的固液質量比，將結晶硅置于濃度為1～5mol/L的鹽酸液中，酸浸2～48小時；用水洗滌2～5次后在40～150℃下進行干燥；將干燥后的硅置于1450～1650℃下進行熔化后，在溫度為1600～1650℃、壓力為1×10-2～10Pa的真空條件下進行真空蒸發(fā)；蒸發(fā)后的熔體硅以0.1～5mm/h的冷凝速率冷凝后，即得太陽能級硅。本發(fā)明先通過還原去除氧、磷、鋁、鈣、鈦等雜質，再經(jīng)高溫結晶、酸浸除硼，使產(chǎn)品純度超過99.99991％，且生產(chǎn)流程短，成本低，環(huán)境污染小。
文檔編號C01B33/037GK101935846SQ201010276318
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權日2010年9月9日
發(fā)明者伍繼君, 劉大春, 劉永成, 周陽, 徐寶強, 戴永年, 曲濤, 楊斌, 秦博, 謝克強, 陳家輝, 陳建云, 馬文會, 魏奎先 申請人:昆明理工大學