一種去除多晶硅中硼的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除多晶硅中硼的方法，包括：將工業(yè)硅熔融后從反應(yīng)坩堝頂部噴灑而下，將混合氣體從下往上輸送與熔融的工業(yè)硅接觸反應(yīng)，同時將反應(yīng)后的氣體及時抽去；所述混合氣體由載氣和氧化性氣體組成，所述氧化性氣體為氫氣、水蒸氣和氧氣中的一種或多種。本發(fā)明改變傳統(tǒng)直接將氧化性氣體通入硅液的方法，而是將硅液通過噴灑自由落下，而氧化性氣體從底部向上輸送，兩者在中間位置接觸反應(yīng)，增加接觸面積，提高了硼等非揮發(fā)性元素的去除效率。
【專利說明】—種去除多晶硅中硼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅提純【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種去除多晶硅中硼的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)硅（MG-Si)中含有Fe、Ca、Al等金屬元素和B、P、O、C等非金屬元素，其純度通常為99% (2N)左右，而太陽能多晶硅的純度要求為6~7N(不計碳氧含量），因此可以通過冶金法將MG-Si提純到太陽能級多晶硅（SOG-Si)。所謂冶金法提純多晶硅，是指提純過程中硅沒有發(fā)生化學變化，未通過化學反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其它化合物來達到提純的目的。在提純過程中主要利用不同元素物理性質(zhì)的差異來使之分離，其中包含濕法冶金、吹氣、造渣、定向凝固、真空條件下的電子束、等離子體、太陽聚光及感應(yīng)熔煉等。上述方法中單一的方法只能有效去除某一些雜質(zhì)而不能去除所有雜質(zhì)，所以冶金法工藝是一種綜合多種方法的復(fù)合提純工藝。
[0003]向熔融的冶金硅中通入氧化性氣體，能使硅中的雜質(zhì)氧化并從硅中分離，通入的氣體也對熔體起攪拌作用，加快雜質(zhì)的氧化和氣體的逸出。通常，氧化性氣體包括氧氣、氫氣、水蒸氣、二氧化碳等，載氣通常為氬氣。元素硼通常被氧化成BO、B2O, B2O2^B (OH) 2、ΗΒ0、ΗΒ02、ΒΗ2等氣體，而金屬雜質(zhì)轉(zhuǎn)變成金屬氧化物。在此過程中，部分硅被氧化成SiO2和SiO造成損失，但在通氣過程中，氧化性氣體在熔體內(nèi)部分布不均勻，導(dǎo)致通氣時間較長，硼去除效率較低，成本也較高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種去除多晶硅中硼的方法，以解決現(xiàn)有方法氧化性氣體與硼元素接觸不夠充分，硼去除效率低的難題。
[0005]一種去除多晶硅中硼的方法，包括：將工業(yè)硅熔融后從反應(yīng)坩堝頂部噴灑而下，將混合氣體從下往上輸送與熔融的工業(yè)硅接觸反應(yīng)，同時將反應(yīng)后的氣體及時抽去；
[0006]所述混合氣體由載氣和氧化性氣體組成,所述氧化性氣體為氫氣、水蒸氣和氧氣中的一種或多種。
[0007]讓熔融的硅液從坩堝頂部噴灑而下，而氧化性氣體從底部往上輸送，兩者在中部接觸反應(yīng)，將硅液中雜質(zhì)氧化，尤其是硼元素，形成氣體被抽空排除。
[0008]所述工業(yè)硅的熔融溫度為1500~2300°C，在該溫度范圍硼氧化物飽和蒸汽壓較聞，有利于分尚。
[0009]所述工業(yè)硅熔融后添加造渣劑再與混合氣體接觸反應(yīng)，進一步提高硼元素的去除效率。
[0010]所述造渣劑為氧化鈣。
[0011]所述氧化性氣體為氧氣和水蒸氣的混合物，添加水蒸氣可以讓硼元素氧化成氣態(tài)硼氫氧化物，易于除去，并且隨溫度提高，其平衡分壓隨之降低，有利于降低成本。
[0012]優(yōu)選的，所述工業(yè)硅的熔融溫度為1500~1700°C。[0013]最優(yōu)選為，所述混合氣體由96%的氬氣、3%的氧氣和I %的水蒸氣組成。
[0014]本發(fā)明改變傳統(tǒng)直接將氧化性氣體通入硅液的方法，而是將硅液通過噴灑自由落下，而氧化性氣體從底部向上輸送，兩者在中間位置接觸反應(yīng)，增加接觸面積，提高了硼等非揮發(fā)性元素的去除效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明方所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為氣體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，一種用于除去多晶硅中硼的裝置，該裝置包括通過進料管3連通的熔融坩堝I和反應(yīng)坩堝4，熔融坩堝位于上方，頂部與氬氣罐2連通，底部與進料管3連通。
[0018]反應(yīng)坩堝4頂部連接抽真空裝置6，底部為錐形，進料管3 —端水平插入反應(yīng)坩堝4的頂部，并設(shè)有若干噴頭7,噴頭7下方設(shè)有氣體分布器8,氣體分布器8通過管路與外部的混合氣體罐5連通。
[0019]如圖2所示，氣體分布器由 進氣管81和若干同心布置的環(huán)形管82組成，所有環(huán)形管82在同一水平面內(nèi)，并與進氣管交叉連通，每個環(huán)形管的下側(cè)面均有出氣孔83。
[0020]該裝置去除硼元素的過程如下:
[0021]開啟氬氣罐2和抽真空裝置6，將坩堝內(nèi)部的空氣置換出去，然后往熔融坩堝I內(nèi)投入工業(yè)硅料(如果需要可以一起投入造渣劑)，感應(yīng)加熱使工業(yè)硅料熔融，保持硅液溫度在1500~1700°C，繼續(xù)開啟氬氣罐2，讓熔融坩堝I內(nèi)部氣壓保持在I~lOMPa，打開閥門9，讓硅液從進料管3進入反應(yīng)坩堝4，然后從噴頭7噴灑出來，自由落下。
[0022]同時，開啟混合氣體罐5，讓混合氣體從氣體分布器8向下噴出，然后讓氣體碰觸硅液表面后緩慢上升，與下行的硅液接觸反應(yīng)，將內(nèi)部的雜質(zhì)氧化，此時抽真空裝置6，始終保持氣體物質(zhì)向上輸送，從而將氣體排出反應(yīng)坩堝4的外部，以體積百分數(shù)計,混合氣體的組成為96%氬氣+3%氧氣+1%水蒸氣。
[0023]在反應(yīng)前氬氣或混合氣體應(yīng)先預(yù)熱，基本與硅液溫度相同，另外反應(yīng)坩堝4內(nèi)溫度也應(yīng)保持在1500~1700°C。
[0024]根據(jù)以上工藝，對5組樣品進行了試驗，具體結(jié)果如下:
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種去除多晶硅中硼的方法，包括:將工業(yè)硅熔融后從反應(yīng)坩堝頂部噴灑而下，將混合氣體從下往上輸送與熔融的工業(yè)硅接觸反應(yīng)，同時將反應(yīng)后的氣體及時抽去； 所述混合氣體由載氣和氧化性氣體組成，所述氧化性氣體為氫氣、水蒸氣和氧氣中的一種或多種。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)硅的熔融溫度為1500~2300°C。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)硅熔融后添加造渣劑再與混合氣體接觸反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述造渣劑為氧化鈣。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化性氣體為氧氣和水蒸氣的混合物。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)硅的熔融溫度為1500~1700°C。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合氣體由96%的氬氣、3%的氧氣和I %的水蒸氣組成。
【文檔編號】C01B33/037GK103771419SQ201410012181
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】羅立國, 方紅承, 彭金鑫, 母清林, 周冰 申請人:黑河合盛光伏科技有限公司, 浙江合盛硅業(yè)有限公司