CN101723381B

CN101723381B - 太阳能级多晶硅的提纯方法

Info

Publication number: CN101723381B
Application number: CN2008102246246A
Authority: CN
Inventors: 杨春梅; 陈红雨
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: CN101723381A

Abstract

本发明实施方式提供了一种太阳能级多晶硅的提纯方法，该方法属于太阳能及化工领域，该方法包括：A、将75～150um的硅颗粒放入浓度为0.5～1.5mol/L的HF溶液浸泡；B、在浸泡1～3小时后，将硅颗粒取出并烘干；C、将烘干后的硅颗粒放入质量百分含量为25％～30％的氨水浸泡5～8h；D、将用氨水浸泡后的硅颗粒用超纯水清洗2～5次得到太阳能级多晶硅。本发明具体实施方式提供的方法具有能耗较小，环境污染低，效率较高的优点。

Description

太阳能级多晶硅的提纯方法

技术领域

本发明涉太阳能和化工领域，尤其涉及一种太阳能级多晶硅的提纯方法。

背景技术

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。为此，人们研制和开发了太阳能电池。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其中，硅系材料占据了主导地位。

为了获得太阳能级多晶硅，现有技术提供了一种太阳能级多晶硅的提纯方法，该方法如图1所示，包括如下步骤：

S11、将Si和HCl反应生成SiHCl₃；

S12、将生成的SiHCl₃反复蒸馏提纯后，通氢气还原出太阳能级多晶硅。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在如下问题：

现有技术提供的技术方案虽然可以得到太阳能级多晶硅，但是由于其需要反复蒸馏提纯，该技术需要耗用大量的电能，且其排放出来的四氯化硅对环境污染非常严重。所以其能耗较大，且污染环境，效率也较低。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施方式提供一种太阳能级多晶硅的提纯方法，该方法具有能耗较小，环境污染低，效率较高的优点。

本发明的具体实施方式提供一种太阳能级多晶硅的提纯方法，包括：

A、将75～150um的硅颗粒放入浓度为0.5～1.5mol/L的HF溶液浸泡；

B、在浸泡1～3小时后，将硅颗粒取出并烘干；

C、将烘干后的硅颗粒放入质量百分含量为25％～30％的氨水浸泡5～8小时；

D、将用氨水浸泡后的硅颗粒用超纯水清洗2～5次得到太阳能级多晶硅。

由上述所提供的技术方案可以看出，本发明实施例的技术方案将75～150um的硅颗粒放入浓度为0.5～1.5mol/L的HF溶液浸泡1～3小时后烘干，并将烘干后的硅颗粒放入25％～30％的氨水浸泡5～8小时后用超纯水清洗2～5次得到太阳能级多晶硅，该方法不需要昂贵的仪器，成本低，不需要耗费大量的电能，耗能少，工艺简单，制备周期短，没有污染物的排放，是一种环保清洁的制备技术。

附图说明

图1为现有技术提供的一种太阳能级多晶硅的提纯方法的流程图。

图2为本发明具体实施方式提供的一种太阳能级多晶硅的提纯方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施方式提供了一种太阳能级多晶硅的提纯方法，该方法如图2所示，包括如下步骤：

S21、将75～150um的硅颗粒放入浓度为0.5～1.5mol/L的HF溶液浸泡；

S22、在浸泡1～3小时后，将硅颗粒取出并烘干；

可选的，该步骤浸泡1～3小时的环境可以为正常环境，也可以在磁力搅拌或超声振荡的环境下浸泡1～3小时。

可选的，该步骤浸泡1～3小时的温度可以为常温，还可以在50～80℃的温度下浸泡。

S23、将烘干后的硅颗粒放入质量百分含量为25％～30％的氨水浸泡5～8h；

S24、将用氨水浸泡后的硅颗粒用超纯水清洗2～5次得到太阳能级多晶硅。

可选的，上述方法在进行步骤S22之前，还可以在HF溶液中加入1.0mL异丙醇，而加入1.0mL的异丙醇可以促进氢氟酸与二氧化硅的反应，促进杂质更容易溶解于溶液中，从而进一步提高效率。

为了更好的说明本发明所达到的技术效果，现结合本发明所提供方法的工作原理来对本发明所达到的技术效果来详细说明。

通过研究以及实验表明，用HF酸来提纯硅得到的效果最好，其理由主要有，一是HF与金属硅表面的SiO₂反应除去SiO₂，HF会与SiO₂反应生成气体SiF₄，SiO₂+4HF＝SiF₄↑+2H₂O，同时HF还会与SiO₂反应生成可溶解于水的络合物六氟硅酸，破坏SiO₂层，SiO₂+6HF＝H₂(SiF₆)+2H₂O。二是HF提纯金属硅粉时硅粉会浮在溶液的上面，则可溶性的杂质溶解于溶液中，这相当于萃取的作用，把下面的溶液放掉，就可以把提纯的硅粉与杂质分离开来。

而氢氟酸提纯金属硅粉有五个影响因素，分别为HF浓度、硅粉颗粒大小、酸浸出时间、温度和处理环境。现在进行正交实验寻找氢氟酸提纯金属硅的最主要影响因素和提纯的最佳组合。该正交实验有五个因素和两个水平，其具体数值见表1。

表1：

因素	浓度(mol/L)	颗粒大小(um)	时间(h)	温度(℃)	环境
						水平1	0.5	150	1	50	磁力搅拌
水平2	1.5	75	3	80	超声振荡

为了叙述的方便，分别以A1、A2代表0.5mol/L、1.5mol/L，B1、B2代表150um、75um，C1、C2代表1h、3h，D1、D2代表50℃、80℃，E1、E2代表磁力搅拌、超声振荡。正交实验结果如表2所示：

表2：

因素

浓度

颗粒大小

时间

温度

环境

纯度

1

A1

B1

C1

D1

E1

99.633％

2

A1

B1

C1

D2

E2

99.685％

3

A1

B2

C2

D1

E1

99.962％

4

A1

B2

C2

D2

E2

99.953％

5

A2

B1

C2

D1

E2

99.829％

6

A2

B1

C2

D2

E1

99.816％

7

A2

B2

C1

D1

E2

99.976％

8

A2

B2

C1

D2

E1

99.970％

K1

99.898％

99.741％

99.816％

99.850％

99.845％

K2

99.808％

99.965％

99.890％

99.856％

99.861％

R

0.090

0.224

0.074

0.006

0.016

表2中R表示极差，即某因素最大均值与最小均值的差值，K1、K2分别表示某因素的最大均值和最小均值；根据表2知道，影响HF提纯效果的最主要因素是金属硅粉的颗粒大小，其次是HF浓度、酸浸洗的时间、处理环境，次要影响因素是温度。而氢氟酸提纯的最佳组合是0.5mol/L、75um、3h、80℃、超声振荡。

在上述S23中选用氨水浸蚀氢氟酸提纯后的硅粉主要是为了去除硅粉中的杂质磷，其原理为，氨水是一种弱碱，在一定程度上会侵蚀硅粉的表面，将硅粉内部的杂质磷显露出来被氨水络合，从而明显地降低了杂质磷的含量。

采用本发明所述的方法提纯后的样品和未提纯的样品的各杂质的含量如表3所示。(单位：ppm_w)

表3：

	Fe	Al	Ca	P	B	Ni	Ti	As	Cr	Cu	Mn
												未处理产品	3553	2882	278	84	25	96	245	8	13	18	316
提纯后产品	12.5	8.17	3.25	5.18	7.36	1.75	2.37	0.52	0.59	0.87	1.08

根据表3可知，经过本发明所述方法提纯后的产品磷杂质的含量大大地减少了，磷的去除率达到93.83％。同时各种金属杂质的含量也明显地降低了，提高了提纯效率。并且该方法不需要昂贵的仪器，成本低，不需要耗费大量的电能，耗能少，工艺简单，制备周期短，没有污染物的排放，是一种环保清洁的制备技术。

综上所述，本发明具体实施方式提供的技术方案，具有能耗较小，环境污染低，效率较高的优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种太阳能级多晶硅的提纯方法，其特征在于，所述方法包括：

A、将75～150μm的硅颗粒放入浓度为0.5～1.5mol/L的HF溶液浸泡；

B、在浸泡1～3小时后，将硅颗粒取出并烘干；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在进行步骤B之前还包括：在HF溶液中加入1.0mL异丙醇。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡1～3小时为，

在50～80℃的温度下浸泡1～3小时。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸泡1～3小时为，

在磁力搅拌或超声振荡的环境下浸泡1～3小时。