Способ устранения примесей бора из порошка кремния

Изобретение относится к металлургии, а именно к очистке порошка кремния от примесей. Для устранения примесей бора из порошка кремния осуществляют кислотную очистку путем погружения порошка кремния в кислоту на 6-48 часов, промывку и сушку нагреванием. Далее осуществляют нагревательное окисление путем нагрева до 300-700°С в реакторе при подаче в него окисляющего газа для реакции окисления бора в течение 6-72 часов, погружение нагретого порошка кремния в воду или кислоту на 1-6 часов с последующей тщательной промывкой и сушкой промытого порошка кремния при температуре 100-300°С в течение 6-24 часов. Обеспечивается очистка простым и недорогим способом. 9 з.п ф-лы.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

(a) Область изобретения

Данное изобретение относится к способу очищения кремниевого материала, а в частности, к способу устранения примеси бора в металлургическом кремнии.

(b) Описание прототипа

По мере того как люди обнаружили быстрое уменьшение ископаемых энергетических ресурсов и одновременно серьезные загрязнения при использовании ископаемой энергии, человечество активно развивает и возобновляющие энергии, и энергии окружающей среды. В настоящее время зеленые возобновляющие энергии, которые вписались в человеческую жизнь, включают солнечную энергию и энергию ветра, при этом солнечная энергия больше всего оценена человечеством, т.к. она наилучшим образом осуществлена в развитых странах. Материал кремния является самым широко применяемым пластиночным материалом для фотоэлемента, где кремниевый материал может быть разделен на два вида: электронный элемент и солнечный элемент. В настоящее время фотоэлемент, главным образом, изготовляется путем использования электронного отходного материала или неизрасходованного материала. Тогда как такого материала мало, а необходимо большое количество кремниевого материала для изготовления фотоэлементов, развитие индустрии солнечной энергии поэтому значительно ограничено этим фактором. По причине недостаточности кремния простые люди не могут насладиться плодами технологии солнечной энергии. Исследователи искали способ производства кремниевого материала для фотоэлементов с низкой себестоимостью, при этом самым инвестируемым и исследуемым способом очищения солнечного поликристаллического кремния является новый металлургический способ (или по-другому называется физический способ).

Концепт очищения упомянут в CN1628076A, в котором имеются примеси металла и неметалла в кремнии, примеси металла, включая железо, алюминий, кальций, медь и др., тогда как их коэффициент разделения меньше. Они могут быть уменьшены до очень низкого уровня с помощью дирекционных затвердений, повторяющихся несколько раз. Однако такие элементы, как бор и фосфор, имеющие более высокие коэффициенты разделения, трудно устранить с помощью дирекционного способа затвердения. Следовательно, они могут быть устранены только другими способами. Способ устранения бора, как например способ ошлаковывания и плазмы, упомянутые в CN1628076A, состоит в том, что кремний вначале растопляется, а после этого бор элиминируется путем способа ошлаковывания и плазмы, при этом проблема состоит в том, что высокая температура легко причиняет опасность взрыва и необходимо большее количество образования шлака.

Изобретатель, главным образом, намерен показать способ устранения бора в кремнии. При этом специальный способ разъясняет очищение кремния, используя принципы металлургии, также с учетом затруднений высокотемпературных операций. Это более легкий способ элиминирования бора в кремнии при более низкой температуре, тем самым одновременно достигая снижения расходов, что удовлетворяет требованию снижения стоимости солнечных поликристаллических кремниев. Таким образом, применение для патента обеспечено.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение намеревается разрешить недостатки трудного удаления примесей и высокой цены существующего вида очищения солнечного поликристаллического кремния путем простого и менее дорогого способа исключения примеси бора в кремнии при более низкой температуре.

Для того чтобы достигнуть указанной цели, технический способ данного изобретения описывается следующим образом:

устраняют примеси бора из порошка кремния, включая кислотную очистку путем погружения порошка кремния в кислоту на 6-48 часов, промывки и сушки нагреванием,

нагревательное окисление путем нагрева до 300-700°С в реакторе при подаче в него окисляющего газа для реакции окисления бора в течение 6-72 часов, погружение нагретого порошка кремния в воду или кислоту на 1-6 часов с последующей тщательной промывкой и сушкой промытого порошка кремния при температуре 100-300°С в течение 6-24 часов,

используют порошок кремния с размером частиц 50-2000 меш,

используют порошок кремния, полученный измельчением кремния в мельницах, например шаровых мельницах, мельницах для мелкого помола, мельницах для помола,

для кислотной очистки используют одну или несколько кислот из группы: соляная кислота, серная кислота или уксусная кислота,

для промывания порошка кремния после кислотной очистки используют одну или несколько видов воды из группы: деионизированная, дистиллированная или общего назначения,

используют реактор, выполненный в виде закрытого, полузакрытого или открытого контейнера, в качестве окисляющего газа используют воздух или кислород,

порошок кремния во время реакции нагревательного окисления перемешивают,

порошок кремния после реакции нагревательного окисления погружают в воду общего назначения или деионизированную воду,

порошок кремния после реакции нагревательного окисления погружают в кислоту, в качестве которой используют одну или несколько кислот из группы: соляная, серная или уксусная.

Принцип данного изобретения состоит в следующем: примеси металла в кремниевых порошках устраняются путем кислотной очистки; затем примеси неметалла, такие как бор, в порошках кремния окислены нагреванием для того, чтобы стать водой или кислотными нерастворимыми окисями; и окончательно примеси неметалла, как бор, в кремниевых порошках исключаются. Преимущественный эффект данного изобретения состоит в следующем: так как это делается при более низкой температуре, то процесс легче и снижаются расходы по очистке, что обеспечивает хороший материал для следующих шагов работы, таким образом удовлетворяя требованиям для производства солнечного поликристаллического кремния с низкими затратами.

Данное изобретение вместе со специфическими воплощениями описано ниже более подробно.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧИТАЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПОЛНЕНИЙ

Технологическое исполнение 1:

Сделанный самими или купленный блок металлического кремния с содержанием бора 60 ppm (полумиль) надо размолоть в мельнице широкого помола для получения 50~80 сетки порошков. Далее 50 сеток кремниевых порошков надо погрузить в кислоту на 6 часов для того, чтобы элиминировать примеси металла. После этого они промываются ионизированной водой; затем промытый порошок кремния, будучи нагретым в печи до достижения высушенности, кладется в закрытый реактор, нагреваемый до 700°С с подачей газа кислорода, но без перемешивания в процессе, на 72 часа. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в хлористоводородную кислоту на 48 часов для элиминирования окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее это печется при 200°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 6 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 44 ppm (полумили) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 2:

300 меш порошков кремния в технологическом исполнении 1, будучи погруженными в кислоту на 12 часов для того, чтобы устранить примеси металла, промываются водой общего назначения и после этого нагреваются в печи для высыхания; затем обработанные порошки кремния кладутся в закрытый реактор, нагреваемый до 500°С с подачей газа кислорода, но без перемешивания в процессе, на 72 часа. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в хлористоводородную кислоту на 6 часов для элиминирования окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее они пекутся при 150°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 8 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 32 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 3:

500 меш порошков кремния в технологическом исполнении 1, будучи погруженными в 3 кислоту на 48 часов для того, чтобы устранить примеси металла, промываются деионизированной водой и после этого нагреваются в печи для высыхания; затем обработанные порошки кремния кладутся в полузакрытый реактор, нагреваемый до 300°С с подачей газа воздуха, и перемешивания в процессе на 48 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в царскую водку на 12 часов для устранения окисей примесей неметалла, как бор, и промываются дистиллированной водой. Далее они сушатся при 150°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 8 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 28 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 4:

Сделанный самими или купленный блок металлического кремния с содержанием бора 40 ppm (полумиль) надо размолоть в ультрамельчайшей мельнице микропорошка для получения 500~1200 меш порошков. Далее 1200 меш кремниевых порошков надо погрузить в кислоту на 36 часов для того, чтобы устранить примеси металла. После этого они промываются ионизированной водой; затем промытый порошок кремния, будучи нагретым в печи до достижения высушенности, кладется в открытый реактор, нагреваемый до 450°С с подачей воздуха, но без перемешивания в процессе, на 6 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в азотную кислоту на 36 часов для элиминирования окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее это сушится при 300°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 24 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 17 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 5

800 меш порошков кремния в технологическом исполнении 4, будучи погруженными в кислоту на 48 часов для того, чтобы устранить примеси металла, промываются водой общего назначения и после этого нагреваются в печи для высыхания; затем обработанные порошки кремния кладутся в полузакрытый реактор, нагреваемый до 300°С с подачей воздуха, и перемешиваются в процессе в течение 48 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в азотную кислоту на 14 часов для устранения окисей примесей неметалла, как бор, и промываются дистиллированной водой. Далее они сушатся при 200°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 16 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 15 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 6:

Сделанный самими или купленный блок металлического кремния с содержанием бора 60 ppm (полумиль) надо размолоть в обычной мельнице мелкого помола для получения 300~600 меш порошков. Далее меш сеток кремниевых порошков надо погрузить в кислоту на 36 часов для того, чтобы устранить примеси металла. После этого они промываются ионизированной водой; затем промытый порошок кремния, будучи нагретым в печи до достижения высушенности, кладется в открытый реактор, нагреваемый до 450°С с подачей воздуха, и перемешивается в процессе в течение 36 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в царскую водку на 36 часов для устранения окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее это сушится при 300°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 24 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 20 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 7:

Сделанный самими или купленный блок металлического кремния с содержанием бора 60 ppm (полумиль) надо размолоть в ультрамельчайшей мельнице микропорошка для получения 300~600 меш порошков. Далее 600 меш кремниевых порошков надо погрузить в кислоту на 36 часов для того, чтобы устранить примеси металла. После этого они промываются ионизированной водой; затем промытый порошок кремния, будучи нагретым в печи до достижения высушенности, кладется в открытый реактор, нагреваемый до 450°С с подачей воздуха, и перемешивается в процессе в течение 36 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются во фтористоводородную кислоту на 26 часов для устранения окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее это сушится при 300°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 24 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 24 ppm (полумиль) после указанной обработки.

Технологическое исполнение 8:

Сделанный самими или купленный блок металлического кремния с содержанием бора 60 ppm (полумиль) надо размолоть в ультрамельчайшей мельнице микропорошка для получения 300~600 меш порошков. Далее 600 меш кремниевых порошков надо погрузить в кислоту на 36 часов для того, чтобы устранить примеси металла. После этого они промываются ионизированной водой; затем промытый порошок кремния, будучи нагретым в печи до достижения высушенности, кладется в открытый реактор, нагреваемый до 450°С с подачей воздуха, и перемешивается в процессе в течение 36 часов. Таким образом, окисленные примеси неметалла, как бор, становятся водой или кислотными нерастворимыми окисями. После этого окисленные кремниевые порошки погружаются в царскую водку на 26 часов для устранения окисей примесей неметалла, как бор, и промываются деионизированной водой. Далее это сушится при 300°С, таким образом позволяя порошкам кремния быть высушенными после 24 часов. Содержание бора в металлическом кремнии составляет 18 ppm (полумиль) после указанной обработки.

1. Способ устранения примесей бора из порошка кремния, включающий кислотную очистку путем погружения порошка кремния в кислоту на 6-48 ч, промывки и сушки нагреванием, нагревательное окисление путем нагрева до 300-700°С в реакторе при подаче в него окисляющего газа для реакции окисления бора в течении 6-72 ч, погружение нагретого порошка кремния в воду или кислоту на 1-6 ч с последующей тщательной промывкой и сушкой промытого порошка кремния при температуре 100-300°С в течении 6-24 ч.

2. Способ по п.1, в котором используют порошок кремния с размером частиц 50-2000 меш.

3. Способ по п.1, в котором используют порошок кремния, полученный измельчением кремния в мельницах, например шаровых мельницах, мельницах для мелкого помола, мельницах для помола.

4. Способ по п.1, в котором для кислотной очистки используют одну или несколько кислот из группы соляная, серная или уксусная.

5. Способ по п.1, в котором для промывания порошка кремния после кислотной очистки используют одну или несколько видов воды из группы деионизированная, дистиллированная или общего назначения.

6. Способ по п.1, в котором используют реактор, выполненный в виде закрытого, полузакрытого или открытого контейнера.

7. Способ по п.1, в котором в качестве окисляющего газа используют воздух или кислород.

8. Способ по п.1, в котором порошок кремния во время реакции нагревательного окисления перемешивают.

9. Способ по п.1, в котором порошок после нагревательного окисления погружают в воду общего назначения или деионизированную воду.

10. Способ по п.1, в котором порошок после нагревательного окисления погружают в кислоту, в качестве которой используют одну или несколько кислот из группы соляная, серная или уксусная.