一种多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法
【专利摘要】本发明属于多晶硅介质熔炼领域，涉及一种多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法，由以下原料混合而成：Na2SiO340%～60%、SiO220%～40%、CaO10%～20%和FeO1%-5%。使用步骤如下：（1）将硅料加入到石墨坩埚内，加热至硅料熔化成硅液；（2）将造渣剂加入到混料机中混合；（3）混合好后的造渣剂加入到硅液中，并保温进行介质熔炼；（4）介质熔炼结束后，将产生的旧渣倾倒出；（5）重复步骤（3）～（4）2～4次，硅液经冷却凝固，经ICP-MS测量其硼含量。本发明的优点在于：（1）本发明的造渣剂有效提高分配系数LB数值1-2，提高除硼效果；（2）分次加渣可提高渣的利用率25%以上。
【专利说明】一种多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于多晶硅介质熔炼领域，具体涉及一种多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法。
【背景技术】
[0002]当今世界能源危机与环境污染压力并存，人们急需清洁、安全，可持续的新能源。太阳能作为满足这样要求的能源，一直都是人们追求的目标。人们对太阳能的使用最早是其热效应的利用，但难以完全满足现代社会的需要。直到半导体光电效应的发现，太阳能电池的制造，人们找到太阳能新的利用方式。硅作为太阳能电池的最理想原料，其中的杂质主要有Fe、Al、Ca等金属杂质和B、P等非金属杂质,而这些杂质元素会降低娃晶粒界面处光生载流子的复合程度，而光生载流子的复合程度又决定了太阳能电池的光电转换效率，所以有效的去除这些杂质在太阳能电池的应用方面有着至关重要的作用。
[0003]太阳能光伏产业的发展依赖于对硅原料的提纯，在多晶硅提纯的过程中包括介质熔炼、定向凝固、电子束提纯和铸锭工艺。冶金法因具备工艺简单、成本较低的优点极具发展潜力。诸多方法中以造渣法要求设备最为简单，最容易工业化推广。因而介质熔炼最具现实的研究价值和应用前景。
[0004]分配系数反映了溶质在两相中的迁移能力及分离效能。硼在渣剂中的质量分数与在硅液中的质量分数之比叫硼分配系数，用Lb表示。它说明渣剂脱硼后，硼在渣剂与硅液间达到的分配比例。目前，国内外现有渣系的实际分配系数Lb较低，数值2-4，从而意味着除硼效果不是很理想。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种多晶硅介质熔炼的造渣剂及其使用方法，能够有效提高硼分配系数Lb，提高除硼效果。
[0006]本发明所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂，由以下原料混合而成:Na2Si0340% ?60%、Si0220% ?40%、CaO 10% ?20% 和 Fe01%_5%。
[0007]本发明所述的多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，按照以下步骤进行:
[0008](I)将硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉加热至硅料全部熔化成硅液；
[0009](2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀；
[0010](3)混合好后的造渣剂加入到硅液中，并保温进行介质熔炼；
[0011](4)介质熔炼结束后，将产生的旧渣全部倾倒出；
[0012](5)重复步骤(3)?(4) 2?4次，硅液经冷却凝固，经ICP-MS测量其硼含量。
[0013]其中，步骤(I)中优选采用以下方案:将硅料加入石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至50?250kW，经30?80min使硅料全部熔化成硅液。
[0014]步骤(2)中混合时间优选为5?20min。
[0015]步骤(3)中造渣剂与硅液的质量比优选为0.3?1.2:1。
[0016]步骤(3)中可以将混合好后的造渣剂一次性加入后，保持功率30?150kW，保持熔体上表面温度为1650?1750°C，保温20?60min进行介质熔炼。也可以将混合好后的造渣剂等分成4?10份，间隔10?20min依次加入，保持功率50?200kW，完全加入后，保持功率30?150kW，保持熔体上表面温度为1650?1750°C，保温20?60min进行介质熔炼。
[0017]步骤(4)中优选采用以下方案:介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出。
[0018]采用本发明的造渣剂及使用方法，可以将硅料的硼含量降低至0.35ppmw以下。
[0019]本发明的优点在于:(1)本发明的造渣剂组合可有效提高分配系数Lb数值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。
【具体实施方式】
[0020]以下结合实施例对本发明做进一步说明。
[0021]实施例1:
[0022]选用造渣剂，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0220%、CaO15%和Fe05%
[0023]在多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂使用方法，按照以下步骤进行:
[0024](I)将10kg硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至150W，经60min使硅料全部熔化成硅液；
[0025](2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀，混合时间1min ；
[0026](3)混合好后的造渣剂取50kg —次性加入后，保持功率10kW,保持熔体上表面温度为1650°C，保温35min进行介质熔炼；
[0027](4)介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出；
[0028](5)重复步骤(3)?(4)2次，硅液经冷却凝固，得到精炼的多晶硅83kg，经ICP-MS对多晶硅进行多次测量取平均值，其中B含量为0.32ppmw。
[0029]实施例2:
[0030]选用造渣剂，由以下原料混合而成:Na2Si0340%、Si0240%、CaO19%和Fe01%。
[0031]在多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂使用方法，按照以下步骤进行:
[0032](I)将10kg硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至10kW,经80min使硅料全部熔化成硅液；
[0033](2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀，混合时间15min ；
[0034](3)混合好后的造渣剂取100kg，等分成10份，间隔15min依次加入，保持功率50kff,完全加入后，保持功率50kW，保持熔体上表面温度为1700°C，保温60min进行介质熔炼；
[0035](4)介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出；
[0036](5)重复步骤(3)?(4)3次，硅液经冷却凝固，得到精炼的多晶硅81kg，经ICP-MS对多晶硅进行多次测量取平均值，其中B含量为0.26ppmw。
[0037]实施例3:
[0038]选用造渣剂，由以下原料混合而成:Na2Si0350%、Si0235%、CaO12%和Fe03%。
[0039]在多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂使用方法，按照以下步骤进行:
[0040](I)将10kg硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至200kW，经40min使硅料全部熔化成硅液；
[0041](2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀，混合时间20min ；
[0042](3)混合好后的造渣剂取30kg，等分成6份，间隔1min依次加入，保持功率200kW，完全加入后，保持功率150kW，保持熔体上表面温度为1750°C，保温20min进行介质熔炼；
[0043](4)介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出；
[0044](5)重复步骤(3)?(4)4次，硅液经冷却凝固，得到精炼的多晶硅80kg，经ICP-MS对多晶硅进行多次测量取平均值，其中B含量为0.34ppmw。
[0045]实施例4:
[0046]选用造渣剂，由以下原料混合而成:Na2Si0360%、Si0225%、CaO 10%和Fe05%。
[0047]在多晶硅介质熔炼时除硼的造渣剂使用方法，按照以下步骤进行:
[0048](I)将10kg硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至250kW，经30min使硅料全部熔化成硅液；
[0049](2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀，混合时间1min ；
[0050](3)混合好后的造渣剂取70kg，等分成7份，间隔15min依次加入，保持功率250kW，完全加入后，保持功率10kW，保持熔体上表面温度为170(TC，保温30min进行介质熔炼；
[0051](4)介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出；
[0052](5)重复步骤(3)?(4)2次，硅液经冷却凝固，得到精炼的多晶硅86kg，经ICP-MS对多晶硅进行多次测量取平均值，其中B含量为0.32ppmw。
【权利要求】
1.一种多晶硅介质熔炼的造渣剂，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.根据权利要求1所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于按照以下步骤进行: (1)将硅料加入到石墨坩埚内，采用中频感应炉加热至硅料全部熔化成硅液； (2)将造渣剂按照原料组成加入到混料机中混合均匀； (3)混合好后的造渣剂加入到硅液中，并保温进行介质熔炼； (4)介质熔炼结束后，将产生的旧渣全部倾倒出； (5)重复步骤(3)?(4)2?4次，硅液经冷却凝固，经ICP-MS测量其硼含量。
3.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤Cl)中将硅料加入石墨坩埚内，采用中频感应炉提升功率至50?250kW，经30?80min使硅料全部熔化成硅液。
4.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤(2)中混合时间为5?20min。
5.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤(3)中造渣剂与硅液的质量比为0.3?1.2:1。
6.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤(3)中将混合好后的造渣剂一次性加入后，保持功率30?150kW，保持熔体上表面温度为1650?1750°C，保温20?60min进行介质熔炼。
7.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤(3)中将混合好后的造渣剂等分成4?10份，间隔10?20min依次加入，保持功率50?200kW，完全加入后，保持功率30?150kW，保持熔体上表面温度为1650?1750°C，保温20?60min进行介质熔炼。
8.根据权利要求2所述的一种多晶硅介质熔炼的造渣剂使用方法，其特征在于步骤(4)中介质熔炼结束后，控制温度1500±20°C将产生的旧渣全部倾倒出。
【文档编号】C01B33/037GK104276573SQ201310274441
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月2日 优先权日:2013年7月2日
【发明者】谭毅, 王登科, 张磊, 侯振海 申请人:青岛隆盛晶硅科技有限公司