專利名稱：：一種金屬硅表面處理提純方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬硅的提純方法，尤其涉及一種金屬硅表面處理提純方法。
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。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來10年的光伏市場(chǎng)仍會(huì)由晶體硅太陽電池主導(dǎo)。而近5年來，太陽級(jí)硅原料的價(jià)格曾經(jīng)上漲到S500/kg，盡管目前回落到$100/kg左右，但是材料成本仍然占到總成本的25%以上，成為降低電池成本最難以突破的環(huán)節(jié)之一。在高純多晶硅提純技術(shù)中，改良西門子法、硅烷法占據(jù)了幾乎98%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。因此，國(guó)內(nèi)外低成本的太陽能級(jí)多晶硅新工藝的技術(shù)開發(fā)迅速發(fā)展起來，逐漸把生產(chǎn)低純度的太陽能級(jí)多晶硅工藝和高純度電子級(jí)多晶硅工藝分離出來，以降低太陽能級(jí)多晶硅的生產(chǎn)成本。在這些低成本制備太陽能級(jí)多晶硅的方法中，物理冶金法提純金屬硅的技術(shù)被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的技術(shù)。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，B和P的分凝系數(shù)(分別為0.8和0.35)較大，用定向凝固的方法很難去除。而且，當(dāng)金屬雜質(zhì)濃度很高(大于l卯mw)時(shí)，金屬雜質(zhì)不能通過定向凝固的辦法去除。所以，有效的除去B、P以及大幅降低金屬雜質(zhì)濃度至lppmw以下，將是生產(chǎn)低成本的太陽能級(jí)硅的有效途徑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種低成本、低能耗、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。—種金屬硅表面處理提純方法，包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈；2)將步驟1)的產(chǎn)物(去油、洗凈的金屬硅)以醇或酮(其中醇或酮分子中含碳原子個(gè)數(shù)為1-6)為介質(zhì)，球磨至O.005-0.03mm，在氬氣氣氛下烘干，以此減少硅顆粒表面的氧化；3)將步驟2)的產(chǎn)物(球磨、烘干的金屬硅)加熱至1050135(TC，保溫30120分鐘，以1l(TC每分鐘的速率降溫至700900°C，保溫30150分鐘之后冷卻至室溫；4)將步驟3)的產(chǎn)物(冷卻至室溫的金屬硅)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1:1。步驟1)所述的金屬硅的粒徑大小為0.05mmlOmrn。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟3)中，將步驟2)的產(chǎn)物加熱至1100120(TC，保溫60120分鐘，以1l(TC每分鐘的速率降溫至700800°C，保溫60150分鐘之后冷卻至室溫。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，步驟3)中所述的鹽酸的質(zhì)量百分比濃度為8%15%;所述的氫氟酸的質(zhì)量百分比濃度為3%8%。本發(fā)明利用了硅中雜質(zhì)外擴(kuò)散和表面吸雜的原理，首先在金屬硅表面人為造成大量缺陷，形成損傷層。由于損傷層電學(xué)活性很高，在高溫下可以吸附金屬硅中的雜質(zhì)，我們可以利用損傷層的這個(gè)性質(zhì)對(duì)金屬硅進(jìn)行初步提純處理，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)一步提純的原料用于后續(xù)的提純工藝。具體實(shí)施方式實(shí)施例l1)將粒徑大小為0.05mm的金屬硅在丙酮中以超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產(chǎn)物以乙醇為介質(zhì)，球磨至0.005mm，將所得產(chǎn)物在氬氣氣氛下烘干；3)將步驟2)的產(chǎn)物放入退火爐中，加熱至105(TC，保溫30分鐘，以rC每分鐘的速率降溫至70(TC，保溫30分鐘，之后隨爐冷卻；4)將步驟3)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為5%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為1%的氫氟酸按體積比1: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BPFeAlCuNi總和處理前含量(ppmw)25212504230124523155134處理后含量((ppmw)131255100.10.381.4實(shí)施例21)將粒徑大小為lmm的金屬硅在丙酮中以超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產(chǎn)物以丙酮為介質(zhì)，球磨至0.Olmm，將所得產(chǎn)物氬氣烘干；3)將步驟2)的產(chǎn)物放入退火爐中，快速加熱至120(TC，保溫60分鐘，以5。C每分鐘的速率降溫至750°C，保溫60分鐘，之后隨爐冷卻；4)將步驟3)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為10%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為5%的氫氟酸按體積比1:l浸泡3.5個(gè)小時(shí)后，用去離子水清洗干凈。可以得到純度為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)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例31)將粒徑大小為10mm的金屬硅在丙酮中以超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產(chǎn)物以乙醇為介質(zhì)，球磨至0.03mm，將所得產(chǎn)物氬氣烘干；3)將步驟2)的產(chǎn)物放入退火爐中，快速加熱至135(TC，保溫120分鐘，以l(TC每分鐘的速率降溫至90(TC，保溫150分鐘，之后隨爐冷卻；4)將步驟3)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為20%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為10%的氫氟酸按體積比1:1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)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種金屬硅表面處理提純方法，其特征在于包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈；2)將步驟1)的產(chǎn)物以醇或酮為介質(zhì)，球磨至0.005-0.03mm，在氬氣氣氛下烘干；3)將步驟2)的產(chǎn)物加熱至1050～1350℃，保溫30～120分鐘，以1～10℃每分鐘的速率降溫至700～900℃，保溫30～150分鐘之后冷卻至室溫；4)將步驟3)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所述的金屬硅表面處理提純方法，其特征在于所述的金屬硅的粒徑大小為0.05mm10mm。3.如權(quán)利要求1所述的金屬硅表面處理提純方法，其特征在于將步驟2)的產(chǎn)物加熱至11001200。C，保溫60120分鐘，以110。C每分鐘的速率降溫至700800。C，保溫60150分鐘之后冷卻至室溫。4.如權(quán)利要求1所述的金屬硅表面處理提純方法，其特征在于將步驟3)的產(chǎn)物取出，用質(zhì)量百分比濃度為8%15%的鹽酸和質(zhì)量百分比濃度為3%8%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)明公開了一種金屬硅表面處理提純方法，包括如下步驟先將金屬硅去油、洗凈；再將去油洗凈的金屬硅以醇類或酮類為介質(zhì)，球磨后氬氣烘干；再將烘干的產(chǎn)物快速加熱后保溫再降溫，保溫之后冷卻；將冷卻的產(chǎn)物取出，用鹽酸和氫氟酸混合溶液浸泡后，用去離子水清洗干凈。本發(fā)明利用了硅中雜質(zhì)外擴(kuò)散和表面吸雜的原理，首先在金屬硅表面人為造成大量缺陷，形成損傷層，在高溫下吸附金屬硅中的雜質(zhì)，對(duì)金屬硅進(jìn)行初步提純處理，能將金屬硅純度初步提純到99.99％～99.999％(4～5N)，可以作為太陽能電池用硅材料或進(jìn)一步提純的原料用于后續(xù)的提純工藝。文檔編號(hào)C01B33/037GK101767787SQ20101004005公開日2010年7月7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)