一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多晶硅介質(zhì)熔煉領(lǐng)域，涉及一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑及其使用方法，由以下原料混合而成：Na2SiO340%～60%、SiO220%～40%、CaO10%～20%和FeO1%-5%。使用步驟如下：（1）將硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，加熱至硅料熔化成硅液；（2）將造渣劑加入到混料機(jī)中混合；（3）混合好后的造渣劑加入到硅液中，并保溫進(jìn)行介質(zhì)熔煉；（4）介質(zhì)熔煉結(jié)束后，將產(chǎn)生的舊渣傾倒出；（5）重復(fù)步驟（3）～（4）2～4次，硅液經(jīng)冷卻凝固，經(jīng)ICP-MS測量其硼含量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）本發(fā)明的造渣劑有效提高分配系數(shù)LB數(shù)值1-2，提高除硼效果；（2）分次加渣可提高渣的利用率25%以上。
【專利說明】一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑及其使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅介質(zhì)熔煉領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑及其使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今世界能源危機(jī)與環(huán)境污染壓力并存，人們急需清潔、安全，可持續(xù)的新能源。太陽能作為滿足這樣要求的能源，一直都是人們追求的目標(biāo)。人們對太陽能的使用最早是其熱效應(yīng)的利用，但難以完全滿足現(xiàn)代社會(huì)的需要。直到半導(dǎo)體光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，太陽能電池的制造，人們找到太陽能新的利用方式。硅作為太陽能電池的最理想原料，其中的雜質(zhì)主要有Fe、Al、Ca等金屬雜質(zhì)和B、P等非金屬雜質(zhì),而這些雜質(zhì)元素會(huì)降低娃晶粒界面處光生載流子的復(fù)合程度，而光生載流子的復(fù)合程度又決定了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，所以有效的去除這些雜質(zhì)在太陽能電池的應(yīng)用方面有著至關(guān)重要的作用。
[0003]太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于對硅原料的提純，在多晶硅提純的過程中包括介質(zhì)熔煉、定向凝固、電子束提純和鑄錠工藝。冶金法因具備工藝簡單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)極具發(fā)展?jié)摿?。諸多方法中以造渣法要求設(shè)備最為簡單，最容易工業(yè)化推廣。因而介質(zhì)熔煉最具現(xiàn)實(shí)的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。
[0004]分配系數(shù)反映了溶質(zhì)在兩相中的遷移能力及分離效能。硼在渣劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與在硅液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比叫硼分配系數(shù)，用Lb表示。它說明渣劑脫硼后，硼在渣劑與硅液間達(dá)到的分配比例。目前，國內(nèi)外現(xiàn)有渣系的實(shí)際分配系數(shù)Lb較低，數(shù)值2-4，從而意味著除硼效果不是很理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑及其使用方法，能夠有效提高硼分配系數(shù)Lb，提高除硼效果。
[0006]本發(fā)明所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0340% ?60%、Si0220% ?40%、CaO 10% ?20% 和 Fe01%_5%。
[0007]本發(fā)明所述的多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0008](I)將硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐加熱至硅料全部熔化成硅液；
[0009](2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻；
[0010](3)混合好后的造渣劑加入到硅液中，并保溫進(jìn)行介質(zhì)熔煉；
[0011](4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出；
[0012](5)重復(fù)步驟(3)?(4) 2?4次，硅液經(jīng)冷卻凝固，經(jīng)ICP-MS測量其硼含量。
[0013]其中，步驟(I)中優(yōu)選采用以下方案:將硅料加入石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至50?250kW，經(jīng)30?80min使硅料全部熔化成硅液。
[0014]步驟(2)中混合時(shí)間優(yōu)選為5?20min。
[0015]步驟(3)中造渣劑與硅液的質(zhì)量比優(yōu)選為0.3?1.2:1。
[0016]步驟(3)中可以將混合好后的造渣劑一次性加入后，保持功率30?150kW，保持熔體上表面溫度為1650?1750°C，保溫20?60min進(jìn)行介質(zhì)熔煉。也可以將混合好后的造渣劑等分成4?10份，間隔10?20min依次加入，保持功率50?200kW，完全加入后，保持功率30?150kW，保持熔體上表面溫度為1650?1750°C，保溫20?60min進(jìn)行介質(zhì)熔煉。
[0017]步驟(4)中優(yōu)選采用以下方案:介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出。
[0018]采用本發(fā)明的造渣劑及使用方法，可以將硅料的硼含量降低至0.35ppmw以下。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(1)本發(fā)明的造渣劑組合可有效提高分配系數(shù)Lb數(shù)值1-2，提高除硼效果；(2)分次加渣可有效提高渣的利用率25%以上。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0220%、CaO15%和Fe05%
[0023]在多晶硅介質(zhì)熔煉時(shí)除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0024](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至150W，經(jīng)60min使硅料全部熔化成硅液；
[0025](2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間1min ；
[0026](3)混合好后的造渣劑取50kg —次性加入后，保持功率10kW,保持熔體上表面溫度為1650°C，保溫35min進(jìn)行介質(zhì)熔煉；
[0027](4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出；
[0028](5)重復(fù)步驟(3)?(4)2次，硅液經(jīng)冷卻凝固，得到精煉的多晶硅83kg，經(jīng)ICP-MS對多晶硅進(jìn)行多次測量取平均值，其中B含量為0.32ppmw。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0340%、Si0240%、CaO19%和Fe01%。
[0031]在多晶硅介質(zhì)熔煉時(shí)除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0032](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至10kW,經(jīng)80min使硅料全部熔化成硅液；
[0033](2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間15min ；
[0034](3)混合好后的造渣劑取100kg，等分成10份，間隔15min依次加入，保持功率50kff,完全加入后，保持功率50kW，保持熔體上表面溫度為1700°C，保溫60min進(jìn)行介質(zhì)熔煉；
[0035](4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出；
[0036](5)重復(fù)步驟(3)?(4)3次，硅液經(jīng)冷卻凝固，得到精煉的多晶硅81kg，經(jīng)ICP-MS對多晶硅進(jìn)行多次測量取平均值，其中B含量為0.26ppmw。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0350%、Si0235%、CaO12%和Fe03%。
[0039]在多晶硅介質(zhì)熔煉時(shí)除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0040](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至200kW，經(jīng)40min使硅料全部熔化成硅液；
[0041](2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間20min ；
[0042](3)混合好后的造渣劑取30kg，等分成6份，間隔1min依次加入，保持功率200kW，完全加入后，保持功率150kW，保持熔體上表面溫度為1750°C，保溫20min進(jìn)行介質(zhì)熔煉；
[0043](4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出；
[0044](5)重復(fù)步驟(3)?(4)4次，硅液經(jīng)冷卻凝固，得到精煉的多晶硅80kg，經(jīng)ICP-MS對多晶硅進(jìn)行多次測量取平均值，其中B含量為0.34ppmw。
[0045]實(shí)施例4:
[0046]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0225%、CaO 10%和Fe05%。
[0047]在多晶硅介質(zhì)熔煉時(shí)除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0048](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至250kW，經(jīng)30min使硅料全部熔化成硅液；
[0049](2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻，混合時(shí)間1min ；
[0050](3)混合好后的造渣劑取70kg，等分成7份，間隔15min依次加入，保持功率250kW，完全加入后，保持功率10kW，保持熔體上表面溫度為170(TC，保溫30min進(jìn)行介質(zhì)熔煉；
[0051](4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出；
[0052](5)重復(fù)步驟(3)?(4)2次，硅液經(jīng)冷卻凝固，得到精煉的多晶硅86kg，經(jīng)ICP-MS對多晶硅進(jìn)行多次測量取平均值，其中B含量為0.32ppmw。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑，其特征在于由以下原料混合而成:Na2Si0340%?60%、Si0220% ?40%、CaO 10% ?20% 和 Fe01%_5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (1)將硅料加入到石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐加熱至硅料全部熔化成硅液； (2)將造渣劑按照原料組成加入到混料機(jī)中混合均勻； (3)混合好后的造渣劑加入到硅液中，并保溫進(jìn)行介質(zhì)熔煉； (4)介質(zhì)熔煉結(jié)束后，將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出； (5)重復(fù)步驟(3)?(4)2?4次，硅液經(jīng)冷卻凝固，經(jīng)ICP-MS測量其硼含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟Cl)中將硅料加入石墨坩堝內(nèi)，采用中頻感應(yīng)爐提升功率至50?250kW，經(jīng)30?80min使硅料全部熔化成硅液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(2)中混合時(shí)間為5?20min。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(3)中造渣劑與硅液的質(zhì)量比為0.3?1.2:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(3)中將混合好后的造渣劑一次性加入后，保持功率30?150kW，保持熔體上表面溫度為1650?1750°C，保溫20?60min進(jìn)行介質(zhì)熔煉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(3)中將混合好后的造渣劑等分成4?10份，間隔10?20min依次加入，保持功率50?200kW，完全加入后，保持功率30?150kW，保持熔體上表面溫度為1650?1750°C，保溫20?60min進(jìn)行介質(zhì)熔煉。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多晶硅介質(zhì)熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(4)中介質(zhì)熔煉結(jié)束后，控制溫度1500±20°C將產(chǎn)生的舊渣全部傾倒出。
【文檔編號】C01B33/037GK104276573SQ201310274441
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月2日
【發(fā)明者】譚毅, 王登科, 張磊, 侯振海 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司