一種多晶硅介質熔煉的造渣劑及其使用方法
【專利摘要】本發明屬于多晶硅介質熔煉領域，涉及一種多晶硅介質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，加熱至硅料熔化成硅液；（2）將造渣劑加入到混料機中混合；（3）混合好后的造渣劑加入到硅液中，并保溫進行介質熔煉；（4）介質熔煉結束后，將產生的舊渣傾倒出；（5）重復步驟（3）～（4）2～4次，硅液經冷卻凝固，經ICP-MS測量其硼含量。本發明的優點在于：（1）本發明的造渣劑有效提高分配系數LB數值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】一種多晶硅介質熔煉的造渣劑及其使用方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于多晶硅介質熔煉領域，具體涉及一種多晶硅介質熔煉的造渣劑及其使用方法。

【背景技術】
[0002]當今世界能源危機與環境污染壓力并存，人們急需清潔、安全，可持續的新能源。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。人們對太陽能的使用最早是其熱效應的利用，但難以完全滿足現代社會的需要。直到半導體光電效應的發現，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，其中的雜質主要有Fe、Al、Ca等金屬雜質和B、P等非金屬雜質,而這些雜質元素會降低娃晶粒界面處光生載流子的復合程度，而光生載流子的復合程度又決定了太陽能電池的光電轉換效率，所以有效的去除這些雜質在太陽能電池的應用方面有著至關重要的作用。
[0003]太陽能光伏產業的發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、成本較低的優點極具發展潛力。諸多方法中以造渣法要求設備最為簡單，最容易工業化推廣。因而介質熔煉最具現實的研究價值和應用前景。
[0004]分配系數反映了溶質在兩相中的遷移能力及分離效能。硼在渣劑中的質量分數與在硅液中的質量分數之比叫硼分配系數，用Lb表示。它說明渣劑脫硼后，硼在渣劑與硅液間達到的分配比例。目前，國內外現有渣系的實際分配系數Lb較低，數值2-4，從而意味著除硼效果不是很理想。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種多晶硅介質熔煉的造渣劑及其使用方法，能夠有效提高硼分配系數Lb，提高除硼效果。
[0006]本發明所述的一種多晶硅介質熔煉的造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0340% ?60%、Si0220% ?40%、CaO 10% ?20% 和 Fe01%_5%。
[0007]本發明所述的多晶硅介質熔煉的造渣劑使用方法，按照以下步驟進行:
[0008](I)將硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應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，并保溫進行介質熔煉；
[0011](4)介質熔煉結束后，將產生的舊渣全部傾倒出；
[0012](5)重復步驟(3)?(4) 2?4次，硅液經冷卻凝固，經ICP-MS測量其硼含量。
[0013]其中，步驟(I)中優選采用以下方案:將硅料加入石墨坩堝內，采用中頻感應爐提升功率至50?250kW，經30?80min使硅料全部熔化成硅液。
[0014]步驟(2)中混合時間優選為5?20min。
[0015]步驟(3)中造渣劑與硅液的質量比優選為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進行介質熔煉。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進行介質熔煉。
[0017]步驟(4)中優選采用以下方案:介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產生的舊渣全部傾倒出。
[0018]采用本發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]本發明的優點在于:(1)本發明的造渣劑組合可有效提高分配系數Lb數值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。

【具體實施方式】
[0020]以下結合實施例對本發明做進一步說明。
[0021]實施例1:
[0022]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0220%、CaO15%和Fe05%
[0023]在多晶硅介質熔煉時除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進行:
[0024](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應爐提升功率至150W，經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中混合均勻，混合時間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進行介質熔煉；
[0027](4)介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產生的舊渣全部傾倒出；
[0028](5)重復步驟(3)?(4)2次，硅液經冷卻凝固，得到精煉的多晶硅83kg，經ICP-MS對多晶硅進行多次測量取平均值，其中B含量為0.32ppmw。
[0029]實施例2:
[0030]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0340%、Si0240%、CaO19%和Fe01%。
[0031]在多晶硅介質熔煉時除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進行:
[0032](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應爐提升功率至10kW,經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中混合均勻，混合時間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進行介質熔煉；
[0035](4)介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產生的舊渣全部傾倒出；
[0036](5)重復步驟(3)?(4)3次，硅液經冷卻凝固，得到精煉的多晶硅81kg，經ICP-MS對多晶硅進行多次測量取平均值，其中B含量為0.26ppmw。
[0037]實施例3:
[0038]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0350%、Si0235%、CaO12%和Fe03%。
[0039]在多晶硅介質熔煉時除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進行:
[0040](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應爐提升功率至200kW，經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中混合均勻，混合時間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進行介質熔煉；
[0043](4)介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產生的舊渣全部傾倒出；
[0044](5)重復步驟(3)?(4)4次，硅液經冷卻凝固，得到精煉的多晶硅80kg，經ICP-MS對多晶硅進行多次測量取平均值，其中B含量為0.34ppmw。
[0045]實施例4:
[0046]選用造渣劑，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0225%、CaO 10%和Fe05%。
[0047]在多晶硅介質熔煉時除硼的造渣劑使用方法，按照以下步驟進行:
[0048](I)將10kg硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應爐提升功率至250kW，經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中混合均勻，混合時間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進行介質熔煉；
[0051](4)介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產生的舊渣全部傾倒出；
[0052](5)重復步驟(3)?(4)2次，硅液經冷卻凝固，得到精煉的多晶硅86kg，經ICP-MS對多晶硅進行多次測量取平均值，其中B含量為0.32ppmw。
【權利要求】
1.一種多晶硅介質熔煉的造渣劑，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.根據權利要求1所述的一種多晶硅介質熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于按照以下步驟進行: (1)將硅料加入到石墨坩堝內，采用中頻感應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中混合均勻； (3)混合好后的造渣劑加入到硅液中，并保溫進行介質熔煉； (4)介質熔煉結束后，將產生的舊渣全部傾倒出； (5)重復步驟(3)?(4)2?4次，硅液經冷卻凝固，經ICP-MS測量其硼含量。
3.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質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，采用中頻感應爐提升功率至50?250kW，經30?80min使硅料全部熔化成硅液。
4.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(2)中混合時間為5?20min。
5.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質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量比為0.3?1.2:1。
6.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質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進行介質熔煉。
7.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質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進行介質熔煉。
8.根據權利要求2所述的一種多晶硅介質熔煉的造渣劑使用方法，其特征在于步驟(4)中介質熔煉結束后，控制溫度1500±20°C將產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 優先權日:2013年7月2日
【發明者】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