專利名稱：用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬硅爐外精煉用坩堝，特別是涉及一種在采用冶金法提純 制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅工藝中，所用到的爐外精煉用坩堝。
背景技術(shù)：
采用中頻感應(yīng)爐對(duì)金屬硅進(jìn)行爐外精煉是硅材料制備過(guò)程中常采用的步驟。爐外 精煉的目的有三個(gè)一是通過(guò)吹氧除去鈣、鋁等雜質(zhì)，二是通過(guò)造渣除去部分磷、硼雜質(zhì)，三 是為后續(xù)工序進(jìn)一步除硼提供條件。通常，爐外精煉采用的坩堝種類有鎂鋁坩堝、剛玉坩 堝、石英坩堝、泥炭坩堝等。硅材料爐外精煉用坩堝需具備以下特性可容納高溫硅液，高溫 穩(wěn)定性好，不氧化，不污染硅液。目前，采用冶金法進(jìn)行太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的制備技術(shù)被廣泛研究。在冶金法制備過(guò) 程中，對(duì)金屬硅進(jìn)行爐外精煉是一個(gè)必需的工藝步驟。在該過(guò)程中，主要采用吹氧、造渣精 煉的方法，對(duì)金屬硅進(jìn)行初步的除雜。由于冶金法制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅技術(shù)的特殊性，爐外 精煉用坩堝除了應(yīng)具備以上幾個(gè)基本特性外，還應(yīng)具備1)更高的純度，由于后續(xù)工序?qū)?金屬硅純度的要求較高，因此對(duì)坩堝的純度要求較高，尤其是硼、磷、鋁的含量不能太高，因 此，許多常用的坩堝不能用于煉硅，如剛玉、鎂鋁坩堝等。2)更好的穩(wěn)定性，由于硅在高溫下 非常活潑，因此，坩堝材質(zhì)的穩(wěn)定性要求較高，不能與硅液發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng)，避免產(chǎn)生 對(duì)硅液的污染。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精 煉用坩堝。該坩堝具有很好的耐高溫性、高溫穩(wěn)定性以及對(duì)硅液無(wú)污染等特性，有利于硅中 某些雜質(zhì)的去除。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的一種用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉 用坩堝，是由石英和氫氧化鋇的混合料制作的坩堝內(nèi)壁、與石英制作的外壁組成，坩堝內(nèi)壁 與外壁厚度之比為1 9 5 5。坩堝的形狀可為圓形或方形。坩堝的尺寸大小不限，根據(jù)坩堝使用過(guò)程中所需的容量而定，最大可達(dá)10噸硅容量。本實(shí)用新型的用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝的制備方法如下坩 堝的內(nèi)壁與外壁分別采用不同的材料制作，其中，內(nèi)壁采用石英和氫氧化鋇的混合料制作， 石英和氫氧化鋇原料的重量比為10 1 50 1 ；外壁仍采用石英；坩堝內(nèi)壁與外壁厚度 之比為1 9 5 5 ；經(jīng)1700 1900°C燒結(jié)5 15小時(shí)，得到坩堝。其中，坩堝內(nèi)壁和坩堝外壁采用的石英都是高純石英，其純度為99. 99 %以上，且 其中硼、磷含量低于0. Ippm ；石英的粒度小于200目。坩堝內(nèi)壁采用的氫氧化鋇純度為99. 9%以上，氫氧化鋇的粒度小于200目。[0011]爐外精煉時(shí)，由于中頻爐內(nèi)電磁感應(yīng)的作用，硅液翻騰十分劇烈，硅液對(duì)坩堝壁的 沖刷作用很大。通常，坩堝壁與硅液之間的相互作用與化學(xué)反應(yīng)是導(dǎo)致硅液二次污染的重 要來(lái)源。本發(fā)明的目的就是要充分利用精煉過(guò)程中的所有機(jī)制，利用渣系、氣體和坩堝壁的 物質(zhì)與硅液作用來(lái)除雜。將坩堝反應(yīng)這個(gè)通常是污染硅液的過(guò)程變成加入有用反應(yīng)劑的過(guò) 程來(lái)去除雜質(zhì)，起到變害為利效果。因此，內(nèi)壁采用石英和氫氧化鋇的混合料制作。在高溫精煉過(guò)程中，二氧化硅、氫 氧化鋇成分與硅液及其中的硼雜質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成氣態(tài)硼化物，如Β0Η，隨一氧 化硅氣體逸出熔體，可起到除硼的作用。反應(yīng)生成的含鋇化合物比重較大，因此沉于坩堝底 部，鑄錠完成后，直接切除底部即可將其去除，不至于給硅錠造成二次污染。由于在高溫熔煉時(shí)，內(nèi)壁物質(zhì)與硅液的反應(yīng)而消耗，外壁中的雜質(zhì)會(huì)滲透到硅液 中，同時(shí)，硅液也會(huì)對(duì)坩堝有滲透作用，兩者存在相互作用，因此，坩堝外壁要采用高純石 英，從而防止坩堝中的雜質(zhì)對(duì)硅液造成污染。采用本實(shí)用新型制備的爐外精煉坩堝對(duì)還原出的硅原料進(jìn)行精煉，由于在精煉過(guò) 程中，高溫硅液與坩堝內(nèi)壁的接觸及沖刷作用，坩堝內(nèi)壁中的二氧化硅、氫氧化鋇與硅液及 其中的硼雜質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成氣態(tài)硼化物，隨一氧化硅逸出熔體，起到了除硼的 作用。利用ICP-MS(等離子體質(zhì)譜儀)進(jìn)行硼含量分析發(fā)現(xiàn)，該坩堝實(shí)用后，采用造渣除硼 的效果可以達(dá)到70 % 80 %。因此，本實(shí)用新型的的坩堝是一種用于制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅用途高純金屬硅的爐 外精煉用坩堝，而且其制備方法簡(jiǎn)單，材料來(lái)源方便。
以下結(jié)合附圖
與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明附圖是本實(shí)用新型的爐外精煉用坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為坩堝內(nèi)壁，2為坩 堝外壁。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例中，坩堝內(nèi)壁1采用的石英和氫氧化鋇，及坩堝外壁2采用的石英是市 售產(chǎn)品，其中，坩堝內(nèi)外壁采用的石英純度為99. 99%，且其中硼、磷含量低于0. Ippm0氫氧 化鋇純度為99.9%。石英和氫氧化鋇的粒度小于200目。另外，以下實(shí)施例中，利用本實(shí)用新型的坩堝，精煉得到的金屬硅是按常規(guī)精煉方 法操作得到的。實(shí)施例1用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，其結(jié)構(gòu)示意圖如說(shuō)明書附圖所 示，是由石英和氫氧化鋇的混合料制作的坩堝內(nèi)壁1、與石英制作的坩堝外壁2組成，坩堝 內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為1 9。該坩堝的制備方法如下坩堝內(nèi)壁1采用石英和氫氧化鋇的混合料制作，其中，石英和氫氧化鋇原料的重 量比為10 1。坩堝外壁2采用高純石英。坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為1 9。 坩堝的內(nèi)外壁經(jīng)1800°C燒結(jié)5小時(shí)，得到坩堝，其尺寸為5噸硅容量。通過(guò)ICP-MS (等離子體質(zhì)譜儀)對(duì)利用上述坩堝精煉得到的金屬硅進(jìn)行硼含量分析發(fā)現(xiàn)，除硼的效果達(dá)到72%。實(shí)施例2用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，是由石英和氫氧化鋇的混合料 制作的坩堝內(nèi)壁1、與石英制作的坩堝外壁2組成，坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為
2 8。該坩堝的制備方法如下坩堝內(nèi)壁1采用石英和氫氧化鋇的混合料制作，其中，石英和氫氧化鋇原料的重 量比為20 1。坩堝外壁2采用高純石英。坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為2 8， 經(jīng)1750°C燒結(jié)10小時(shí)，得到坩堝，其尺寸為5噸硅容量。通過(guò)ICP-MS (等離子體質(zhì)譜儀)對(duì)利用上述坩堝精煉得到的金屬硅進(jìn)行硼含量分 析發(fā)現(xiàn)，除硼的效果達(dá)到75%。實(shí)施例3用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，是由石英和氫氧化鋇的混合料 制作的坩堝內(nèi)壁1、與石英制作的坩堝外壁2組成，坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為
3 7。該坩堝的制備方法如下坩堝內(nèi)壁1采用石英和氫氧化鋇的混合料制作，其中，石英和氫氧化鋇原料的重 量比為30 1。坩堝外壁2采用高純石英。坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為3 7， 經(jīng)1700°C燒結(jié)15小時(shí)，得到坩堝，其尺寸為8噸硅容量。通過(guò)ICP-MS (等離子體質(zhì)譜儀)對(duì)利用上述坩堝精煉得到的金屬硅進(jìn)行硼含量分 析發(fā)現(xiàn)，除硼的效果達(dá)到78%。實(shí)施例4用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，是由石英和氫氧化鋇的混合料 制作的坩堝內(nèi)壁1、與石英制作的坩堝外壁2組成，坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為
4 6。該坩堝的制備方法如下坩堝內(nèi)壁1采用石英和氫氧化鋇的混合料制作，其中，石英和氫氧化鋇原料的重 量比為40 1。坩堝外壁2采用高純石英。坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為4 6， 經(jīng)1850°C燒結(jié)5小時(shí)，得到坩堝，其尺寸為8噸硅容量。通過(guò)ICP-MS (等離子體質(zhì)譜儀)對(duì)利用上述坩堝精煉得到的金屬硅進(jìn)行硼含量分 析發(fā)現(xiàn)，除硼的效果達(dá)到75%。實(shí)施例5用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，是由石英和氫氧化鋇的混合料 制作的坩堝內(nèi)壁1、與石英制作的坩堝外壁2組成，坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為
5 5。該坩堝的制備方法如下坩堝內(nèi)壁1采用石英和氫氧化鋇的混合料制作，其中，石英和氫氧化鋇原料的重 量比為50 1。坩堝外壁2采用高純石英。坩堝內(nèi)壁1與坩堝外壁2厚度之比為5 5， 經(jīng)1900°C燒結(jié)5小時(shí)，得到坩堝，其尺寸為8噸硅容量。通過(guò)ICP-MS (等離子體質(zhì)譜儀)對(duì)利用上述坩堝精煉得到的金屬硅進(jìn)行硼含量分 析發(fā)現(xiàn)，除硼的效果達(dá)到70%。
權(quán)利要求1.一種用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，其特征在于該坩堝是由坩堝 內(nèi)壁、與石英制作的外壁組成，坩堝內(nèi)壁與外壁厚度之比為1 9 5 5。
2.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，其特征在于 所述坩堝的形狀為圓形或方形。
3.如權(quán)利要求1所述的用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，其特征在于 所述坩堝的尺寸最大為10噸硅容量。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于太陽(yáng)能級(jí)多晶硅制備中的爐外精煉用坩堝，該坩堝是由坩堝的內(nèi)壁與外壁組成，坩堝內(nèi)壁與外壁厚度之比為1∶9～5∶5。本實(shí)用新型的坩堝具有很好的耐高溫性、高溫穩(wěn)定性以及對(duì)硅液無(wú)污染等特性，該坩堝實(shí)用后，采用造渣除硼的效果可以達(dá)到70％～80％。
文檔編號(hào)C01B33/037GK201857272SQ20102058118
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者史珺, 宗衛(wèi)峰, 程素玲, 陸蔚峰 申請(qǐng)人:上海普羅新能源有限公司