專利名稱：：制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是以冶金級(jí)硅為原料,經(jīng)還原熔煉、精煉、濕法冶金、真空提純制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的方法和工藝。太陽(yáng)能多晶硅是制備光伏電池組件的重要原料，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，解決能源危機(jī)的重要途徑。
背景技術(shù)：
：目前光伏產(chǎn)品卯%左右仍然是以晶硅電池技術(shù)為主，傳統(tǒng)晶硅光伏電池的上游原料主要依靠半導(dǎo)體工業(yè)的邊角廢料和剩余產(chǎn)能。過(guò)去的十年當(dāng)中，世界光伏產(chǎn)業(yè)的需求量保持著年均30%以上的增長(zhǎng)速度近五年更是保持著年均40%的增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)在未來(lái)的2030年都將保持2030%的增長(zhǎng)速度，造成光伏原料嚴(yán)重不足，因此,光伏能源是21世紀(jì)各國(guó)競(jìng)相角逐的高新技術(shù)前沿之一。太陽(yáng)能電池對(duì)多晶硅的純度要求只有6個(gè)9(99.9999%),而半導(dǎo)體晶硅片對(duì)晶硅原料純度要求通常10個(gè)9以上，價(jià)格及其高昂，因此需要研制新的成本更低廉的制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的方法。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索，查到相關(guān)文獻(xiàn)12篇，國(guó)內(nèi)外多晶硅的生產(chǎn)工藝有西門子法、、流化床法硅烷熱分解法、區(qū)域熔煉法、改良西門子法，由于工藝特被復(fù)雜，投資巨大，建設(shè)周期長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)關(guān)鍵技術(shù)尚未解決等原因，用上述方法生產(chǎn)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(guó)內(nèi)昆明理工大學(xué)的"一種制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的方法"的專利，比電阻在0.4Q.cm左右光伏轉(zhuǎn)化率低僅是小試結(jié)果，尚不能實(shí)際應(yīng)用。國(guó)內(nèi)未見報(bào)用物理法生產(chǎn)達(dá)到太陽(yáng)能多晶硅標(biāo)準(zhǔn)的成果。本發(fā)明的任務(wù)是針對(duì)制備太陽(yáng)能電池對(duì)多晶硅的要求改進(jìn)完善工藝.降低對(duì)上游原材料的要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本,節(jié)能環(huán)保，使多晶硅符合做光伏電池的標(biāo)準(zhǔn)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的內(nèi)容是在電弧爐內(nèi)，采用石墨電極產(chǎn)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(nèi)經(jīng)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(yáng)能級(jí)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(nèi)進(jìn)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(nèi)進(jìn)行精煉，分三段進(jìn)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(yīng)溫度15501750°C3、將液體硅澆鑄在(()100200X(j)500800的硬模內(nèi)，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(dá)PH=6.57.5，烘干。5、真空爐內(nèi)進(jìn)行真空精煉，分二個(gè)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(jié)晶長(zhǎng)大，達(dá)15kg后抽出重新注入硅液，把鉬棒上的結(jié)晶取下后，重復(fù)上述操作。真空度50150Pa，連續(xù)操作。(2)、在另一臺(tái)真空爐內(nèi)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(yáng)能級(jí)高純多晶硅。本發(fā)明的工藝流程圖見附圖1本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與西門子、改良西門子法相比，等傳統(tǒng)工藝相比較，原料來(lái)源豐富，固定資產(chǎn)投資僅是V3,并可分批投入，節(jié)能2025%，降低成本20%，原材料為硅石，更易獲得，不用氯氣，環(huán)保和設(shè)備材料容易解決，可生產(chǎn)出滿足太陽(yáng)能電池需要的多晶硅，一個(gè)工藝可以有三個(gè)產(chǎn)品(99.95%、99.995、太陽(yáng)能多晶硅)，可降低投資風(fēng)險(xiǎn)，上述三種產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外均有良好的市場(chǎng)，可應(yīng)用于不同的行業(yè)，最終產(chǎn)品可以滿足太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的要求。具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例11800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內(nèi)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(guò)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(nèi)，155(TC70Pa真空度下，鉬棒旋轉(zhuǎn)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(shí)施實(shí)例21800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內(nèi)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(guò)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(nèi)，1600'C50Pa真空度下，鉬棒旋轉(zhuǎn)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(shí)施實(shí)例31800KVA電弧爐還原熔煉硅液110kg，在精煉爐內(nèi)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(guò)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(nèi)，160(TC50Pa真空度下，鉬棒旋轉(zhuǎn)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(shí)施實(shí)例高純硅檢測(cè)分析結(jié)果見附表1<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>權(quán)利要求1、制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的新工藝，其特征是(1)、在電弧爐內(nèi)，采用石墨電極產(chǎn)生的電弧加熱，用碳還原硅石制備出冶金硅；(2)、在精煉爐內(nèi)經(jīng)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(jìn)行鹽酸和氫氟酸浸出；(4)、硅液在真空條件下進(jìn)行鉬棒旋轉(zhuǎn)提升結(jié)晶后進(jìn)行真空精煉、脫氣提純。(5)、硅液進(jìn)行定向凝固，切頭去尾。2、根據(jù)權(quán)利1.1和1.2所述的冶煉得到的冶金硅，其特征是產(chǎn)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(jù)權(quán)利1.3所述的經(jīng)過(guò)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(shí)間520h。4、根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)提升結(jié)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(jù)權(quán)利1.5所述所得的硅，其特征是硅棒小100mm())300inm據(jù)模具而定。全文摘要本發(fā)明是以冶金級(jí)硅為原料，經(jīng)還原熔煉、精煉、濕法冶金、真空提純制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的方法和工藝。本發(fā)明的內(nèi)容是在電弧爐內(nèi)，采用石墨電極產(chǎn)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(nèi)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(yáng)能級(jí)的多晶硅。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與西門子、改良西門子法等傳統(tǒng)工藝相比較，原料來(lái)源豐富，固定資產(chǎn)投資僅是1/3，并可分批投入，節(jié)能20～25％，降低成本20％，原材料為硅石，更易獲得，不用氯氣，環(huán)保和設(shè)備材料容易解決，可生產(chǎn)出滿足太陽(yáng)能電池需要的多晶硅，一個(gè)工藝可以有三個(gè)產(chǎn)品(99.95％、99.995、太陽(yáng)能多晶硅)，可降低投資風(fēng)險(xiǎn)，上述三種產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外均有良好的市場(chǎng)，可應(yīng)用于不同的行業(yè)，最終產(chǎn)品可以滿足太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的要求。文檔編號(hào)C30B29/06GK101294300SQ20071005560公開日2008年10月29日申請(qǐng)日期2007年4月29日優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日發(fā)明者張廣立,楊興波申請(qǐng)人:張廣立;楊興波