CN104619638A

CN104619638A - 可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物

Info

Publication number: CN104619638A
Application number: CN201380043942.1A
Authority: CN
Inventors: 张春晖; 阿兰·杜尔纳; 克里斯坦·阿尔弗莱德
Original assignee: Silicor Materials Inc
Current assignee: Silicor Materials Inc
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-05-13
Also published as: WO2014004441A1; JP2015521581A; US20150368114A1; KR20150033675A; EP2864251A1; KR101832575B1; TWI498282B; BR112014032594A2; US20170057831A1; TW201406655A; US9512008B2; JP6017688B2

Abstract

本发明提供熔剂组合物，以及其在用于纯化硅的定向凝固中的用途。

Description

可用于纯化硅的定向凝固中的熔剂组合物

相关申请

本申请要求2012年6月25日提交的美国临时申请第61/663,887号的优先权，其通过引用全部并入本文。

背景技术

太阳能电池目前通过利用其将日光转换为电能的能力而用作能量源。几乎仅使用硅作为此类光伏电池的半导体材料。目前对使用太阳能电池的明显限制与将硅纯化至太阳能级(SG)的成本有关。考虑到当前的能量需求和供应限制，亟需将冶金级(MG)硅(或与太阳能级硅相比具有更多杂质的任何其他硅)纯化至太阳能级硅的更有成本效率的方式。

发明内容

本发明提供包含以下的组合物：(a)二氧化硅(SiO₂)；(b)碳酸钠(Na₂CO₃)；(c)任选的氧化钙(CaO)；和(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种。

本发明还提供包含以下的组合物：(a)二氧化硅(SiO₂)，其以约50重量％存在，误差±50％；(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，其以约47重量％存在，误差±20％；(c)任选的氧化钙(CaO)，其以至多约6重量％存在；和(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以至多约5.00重量％存在。

本发明还提供包含以下的组合物：(a)二氧化硅(SiO₂)，其以约42.70重量％存在，误差±10％；(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，其以约50.60重量％存在，误差±10％；(c)氧化钙(CaO)，其以约1.70重量％存在，误差±10％；和(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以约5.00重量％存在，误差±20％。

本发明还提供包含以下的组合物：(a)二氧化硅(SiO₂)，其以组合物的约35重量％至约80重量％存在；(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，其以组合物的约40重量％至约55重量％存在；(c)任选的氧化钙(CaO)，其以组合物的至多约6重量％存在；和(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以组合物的约0.50重量％至约6.00重量％存在。

本发明还提供包含以下的组合物：(a)二氧化硅(SiO₂)，其以组合物的约35重量％至约50重量％存在；(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，其以组合物的约45重量％至约55重量％存在；(c)氧化钙(CaO)，其以组合物的约1.50重量％至约1.90重量％存在；和(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。

本发明还提供包括以下步骤的方法：(a)由硅和熔剂形成熔融液体，所述熔剂包含本文所述的组合物；(b)在熔融液体中由熔剂和杂质形成熔渣；和(c)任选地从熔融液体中去除至少一部分熔渣，以提供纯化的熔融液体。

本发明还提供包括以下步骤的方法：(a)由硅和熔剂形成熔融液体，所述熔剂包含本文所述的组合物；(b)在熔融液体中由熔剂和杂质形成熔渣；(c)任选地从熔融液体中去除至少一部分熔渣；(d)定向凝固熔融液体以形成固体硅；和(e)去除一部分固体硅，以提供纯化的固体硅。在具体实施方案中，熔融的熔渣在熔炉内衬的表面上形成保护层以防止来自内衬耐火材料中的杂质向熔融硅中的污染。

附图说明

图1示出了用于纯化硅的方法的方框流程图。

图2示出了用于纯化硅的方法的方框流程图。

具体实施方式

以下具体说明包括对附图的参考，其形成详细说明的一部分。附图以例示方式示出可以实施本发明的具体实施方案。对在本文中也被称为“实例”的这些实施方案进行充分详细地描述，使得本领域技术人员能够实施本发明。实施方案可以组合，可以采用其他实施方案，或者可以在不脱离本发明的范围的情况下进行结构和逻辑的改变。因此，以下详细说明不应被认为是限制意义的，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

在该文件中，术语的单数形式用于包括一个或多于一个，而术语“或”用于指无排他性的“或”，除非另外指明。另外，应理解，本文中采用且没有另外定义的措辞或术语仅用于说明的目的，而不是用于限制的目的。此外，本文件中引用的全部公开、专利和专利文件都通过引用方式完全并入，如同通过引用方式单独地并入。在本文件和通过引用方式并入的那些文件中的用法不一致的情况下，在并入的参考文件中的用法应当被认为是本文件中用法的补充，对于不可调解的不一致，以本文件中的用法为准。

在本文所述的制造方法中，在不脱离本发明的原则的情况下，可以以任意顺序来进行步骤，除非明确地记载了时间顺序或操作顺序。权利要求中意指首先进行一个步骤、然后进行其他步骤的记载应被认为是表示在任何其他步骤之前进行第一步骤，但是可以以任意合适的顺序进行其他步骤，除非在其他步骤内进一步记载了顺序。例如，记载“步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E”的权利要求要素应解释为表示首先进行步骤A、最后进行步骤E，可以在步骤A和步骤E之间以任意顺序进行步骤B、C和D，该顺序仍落入要求保护的方法的字面范围内。也可以重复给定的步骤或步骤的子集。

此外，可以同时进行指定步骤，除非明确的权利要求语言记载了它们分别地进行。例如，可以在单个操作内同时执行要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤，所得的方法会落入要求保护的方法的字面范围内。

定义

如本文使用的，也被称为氧化硅的“二氧化硅”为具有化学式SiO₂的硅的氧化物。

如本文使用的，也被称为洗涤碱或苏打粉的“碳酸钠”为具有化学式Na₂CO₃的碳酸的钠盐。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用碳酸钠，以在熔融液体中通过加热而分解。在分解后，碳酸钠会放出二氧化碳。同样地，应了解，化学领域技术人员理解并了解，在各种实施方案中，对“碳酸钠”的提及可以包括可在熔融液体中通过加热而分解以提供氧化钠(Na₂O)和/或放出二氧化碳的那些化合物(例如碳酸盐或碳酸氢盐)。此类化合物包括例如碳酸氢钠(NaHCO₃)。

如本文使用的，通常被称为生石灰或煅石灰的“氧化钙”为具有化学式CaO的无机化合物。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用氧化钙，以在熔融液体中形成氧阴离子(O^-)。同样地，应了解，化学领域技术人员理解并了解，在各种实施方案中，对“氧化钙”的提及可以包括可在熔融液体中形成氧阴离子(O^-)的那些化合物(例如金属氧化物)。此类化合物包括例如氧化镁(MgO)。

如本文使用的，“氟化钙”为具有化学式CaF₂的无机化合物。在本文的组合物(例如熔剂)和方法中采用氟化钙，以在熔融液体中提供钙阳离子(Ca⁺)和/或氟阴离子(F^-)的来源。同样地，应了解，化学领域技术人员理解并了解，在各种实施方案中，对“氟化钙”的提及可以包括可在熔融液体中形成碱性阳离子(Ca⁺)和/或卤素阴离子(F^-)的那些化合物(例如钙卤化物)。此类化合物包括例如氯化钙(CaCl₂)(例如钙阳离子(Ca⁺)和氯阴离子(Cl^-)。

如本文使用的，“纯化”是指所关注的物质与一种或多种外来物质或污染物质的物理分离。与此相比，“杂质”是指不期望的一种或多种除硅以外的外来物质或污染物质。

如本文使用的，“熔剂”是指化学清洁剂、流动剂或纯化剂。在硅熔体中形成熔融液体的过程中，当添加到熔融液体中时，无机化合物(例如二氧化硅、碳酸钠、氧化钙和氟化钙)可以被认为是“熔剂”，并且使得形成熔渣。熔渣为杂质的混合物。同样地，熔剂用于从熔融液体中去除杂质，和/或用于添加期望的痕量元素。

如本文使用的，“熔渣”是指在熔融液体中形成的杂质的混合物。熔渣一般通过将熔剂添加到熔融液体中来形成。同样地，熔渣可以包括由熔融液体中的杂质(最初来自硅源(source silicon))和熔剂形成的反应产物。熔渣一般会形成在熔融液体的表面上，其之后在该位置处被去除。

如本文使用的，“熔融物”或“熔融液体”是指熔化的或一起熔化的一种或多种物质。

如本文使用的，“熔化”是指将一种或多种固体物质加热至它们变成液体的温度点(称为熔点)或高于该温度点的过程。同样地，“熔化”是指物质当暴露于足够的热量时从固体变成液体。

如本文使用的，“反应产物”是指通过两种或更多种物质的化学反应形成的化合物。例如，熔融液体中的杂质(来自最初的硅源)可以与熔剂中的一种或多种物质反应，以形成一种或多种反应产物。

如本文使用的，“凝固”是指将一种或多种液体物质(例如熔融液体)冷却至低于它们变成固体的温度点(称为凝固点)的过程。同样地，“凝固”是指物质当冷却时从液体变成固体。

如本文使用的，“去除”是指将一种物质与另一种物质分离(例如从混合物中去除固体或液体)的过程，或者将物质的一部分与另一部分分离(例如将一部分固体从另一部分固体中去除)的过程。该过程可以采用本领域技术人员已知的任何技术，例如倾析混合物，从混合中撇去一种或多种液体，离心混合物，从混合物中过滤出固体，切割固体以去除其一部分，或其组合。

如本文使用的，“铝”是指具有符号Al和原子序数13的化学元素。该术语包括金属铝或元素铝(Al⁰)，或其合金。

如本文使用的，“硼”是指具有符号B和原子序数5的化学元素。该术语包括含有硼的化合物(即包含B³⁺、B²⁺或B⁺的含硼的化合物)及其组合。

如本文使用的，“硅”是指具有符号Si和原子序数14的化学元素。该术语包括金属硅或元素硅(Si⁰)，或其合金。

如本文使用的，“冶金级硅”或“MG硅”是指相对纯(例如至少约98.0重量％)的硅。

如本文使用的，“高级冶金级硅”或“UMG硅”是指相对中等纯(例如至少约99.0重量％)的硅。

如本文使用的，“太阳能级硅”或“SOG硅”是指相对高度纯(例如至少约99.9999重量％)的硅。

如本文使用的，“晶态”包括在固体中的原子的规则几何排布。同样地，“硅晶体”是固体状态的具有硅原子的规则几何排布的硅。

如本文使用的，“定向凝固”是指使熔融金属凝固以便对于进行凝固的部分而言，原料金属是连续可用的。

如本文使用的，“聚晶硅”或“多晶硅”是指由多个硅晶体构成的材料。

如本文使用的，“单晶硅”是指具有单一且连续的晶格结构的硅。

如本文使用的，“锭块”是指铸成相对易于处理和运输的形状的材料块。例如，被加热超过其熔点并模制成棒或块的金属被称为锭块。

如本文使用的，“晶锭”是指合成地制备的单晶锭块。例如，在Czochralski或“CZ”方法中，使用晶种来产生较大的晶体或锭块。将该晶种浸到纯熔融硅中，并缓慢地将其抽出。熔融硅以晶态方式在晶种上生长。当抽出晶种时，硅凝固，最终产生大的圆形晶锭。

如本文使用的，“接触”是指触摸、使其接触或使物质直接相邻的行为。

如本文使用的，“倾析”包括倾倒流体，留下沉积物或沉淀物，从而使流体与沉积物或沉淀物分离。沉积物或沉淀物可以作为熔渣存在。

如本文使用的，“过滤”是指通过使物料流穿过诸如陶瓷膜或金属膜的多孔板来将固体与液体分离的机械过程，所述诸如陶瓷膜或金属膜的多孔板保留固体并允许液体穿过。这可以通过重力、压力或真空(抽吸)来完成。过滤有效地将沉积物和/或沉淀物与液体分离。固体可以以熔渣形式存在。

参照图1，根据一些实施方案，示出了用于纯化硅的方法101的方框流程图的实例。通过加热107硅103和熔剂105来形成包含熔渣的熔融液体109。从熔融液体中去除熔渣111以提供纯化的熔融液体113。冷却(定向凝固)115纯化的熔融液体113以提供固体硅117。将一部分固体硅117去除119以提供纯化的固体硅121。

参照图2，根据一些实施方案，示出了用于纯化硅的方法201的方框流程图的实例。通过加热207硅203来形成熔融液体208。将熔剂205添加到熔融液体208中，以使熔融液体中形成熔渣209。从熔融液体中去除熔渣211以提供纯化的熔融液体213。冷却215纯化的熔融液体213以提供固体硅217。将一部分固体硅217去除219以提供纯化的固体硅221。

用于处理的硅103或203可以由多种来源获得。例如，硅103或203可以是来自制造太阳能电池板、半导体晶片或成形锭块的碎屑或废弃的硅。通常硅103或203是浆料的一部分。浆料可以包含水、聚乙二醇(PEG)、碳化硅、铁、铝、钙、铜和其他污染物。可以从浆料中去除(例如分离)硅103或203，并将其干燥以去除过量的水。可以通过离心、沉降或其他过程使粉末与浆料分离。向浆料中添加水可以降低比重以有助于改善沉降或离心。例如，硅103或203可以例如通过进行酸处理来进行进一步处理以去除污染物。例如，可以使用盐酸将硅粉末表面的诸如铁的金属溶解掉。可以使用氢氟酸、盐酸、硝酸或其组合将粉末表面的二氧化硅溶解掉，或溶解粉末的表面。可替代地，可以使用氢氧化钾、氢氧化钠或其组合来溶解粉末的表面。还可以用磁性分离过程来处理粉末以去除铁和其他磁性成分。

具体地，硅103或203可以包括冶金级(MG)硅。可替代地，硅103或203可以具有低于冶金级(MG)硅的等级或品质。采用较不纯的硅(例如具有低于冶金级(MG)硅的等级或品质的硅)可以提供成本节约，以及允许使用其他方式不可行或不实用的硅。

可以通过以下来形成熔融液体和熔渣109或209：(i)加热硅足以形成熔融液体，然后添加熔剂(图2)，或(ii)通过加热硅和熔剂的组合来形成熔融液体(图1)。无论哪种方式，都可以形成包含熔渣的熔融液体109或209。同样地，可以存在硅103和熔剂105，并将其一起加热107以形成熔融液体和熔渣109(图1)。可替代地(图2)，熔融液体209可以由硅203形成，其中可以将熔剂205随后添加到熔融液体208中，从而形成熔融液体和熔渣209。

熔融液体208可以由硅203形成，例如通过使用旋转脱气装置、熔融金属泵、旋转炉，或通过诱导电流来供给到涡流中。同样地，熔融液体和熔渣109或209可以由硅103或203和熔剂105或205形成。硅103或203(和任选的熔剂105或205)可以是基本干燥的，并一致地供给到涡流中，从而限制其与氧接触。可以例如通过将混合器设置设定为用于高剪切，从而将硅103或203(和任选的熔剂105或205)剪切成单独的晶粒。熔化可以在熔池中在浸没过程中发生。例如，该池可以低于液相线温度并高于固相线温度，使得由于该池的粘度增加而更容易地对粉末进行更多剪切，并更容易地使粉末保持浸没在该池中。熔炉耐火材料可以是低污染的，例如通过在材料中几乎没有磷或硼至没有磷或硼而实现。熔融石英可以是可接受的耐火材料的实例。类似地，当使用旋转脱气装置或熔融金属泵时，它们可以用几乎没有磷或硼的材料来制造以使污染最小化。

可以利用熔体湍流来保持硅103或203(和任选的熔剂105或205)被浸没。熔化可以在混合条件下发生，其中温度保持高于固相线温度。

加热107或207可以以合适的方式进行，以达到会有效地形成熔融液体208、或熔融液体和熔渣109或209的温度。例如，熔融液体和熔渣109或209(或熔融液体208)可以在高于固相线温度的温度下形成。具体地，熔融液体和熔渣109或209(或熔融液体208)可以在至少约1450℃的温度下形成。

可以采用任何合适的量或比例的硅103(或203)和熔剂105(或205)，只要形成熔渣并可以有效地将其从熔融液体中去除。例如，可以以约15:1至约10:1的硅与熔剂的重量比来采用硅103(或203)和熔剂105(或205)。

熔剂105或205一般会用于从硅103或203中去除杂质(例如含硼的杂质和/或铝)。同样地，可以从硼中纯化硅103或203，使得从硅103或203中去除至少一些硼。例如，可以从硼中纯化硅103或203，以提供硼减少了至少约30重量％的纯化的固体硅121或221。另外，可以从硼中纯化硅103或203，以提供包含小于约0.30ppmw的硼的纯化的固体硅121或221。

可以从铝中纯化硅103或203，使得从硅103或203中去除至少一些铝。例如，可以从铝中纯化硅103或203，以提供铝减少了至少约99.5重量％的纯化的固体硅121或221。另外，可以从铝中纯化硅103或203，以提供包含小于约10ppmw的铝的纯化的固体硅121或221。

在熔融液体中形成熔渣(熔渣和熔融液体109或209)，其中可以去除熔渣111或211。在具体实施方案中，熔渣会朝熔融液体的表面的顶部移动。在此类实施方案中，可以例如通过从熔融液体中撇出熔渣来去除熔渣。

在熔融液体中形成熔渣。应了解，冶金化学领域的技术人员理解在熔融液体中形成熔渣的过程中不产生物质(matter)。而是，在熔融液体中，存在于熔融液体中的至少一部分的杂质(来自硅103或203)会与熔剂105或205络合或反应。这些杂质会转变为熔渣，所述熔渣可以从熔融液体中去除。

可以冷却115或215纯化的熔融液体113或213以形成固体硅117或217。冷却115或215可以以任何合适的方式来进行，只要获得固体硅117或217。例如，冷却115或215可以包括定向凝固纯化的熔融液体。定向凝固可以通过冷却115或215纯化的熔融液体来进行。例如，定向凝固可以通过冷却115或215纯化的熔融液体的底部部分来进行。另外，定向凝固可以通过冷却115或215纯化的熔融液体的底部部分，同时持续加热纯化的熔融液体的顶部部分来进行。

在冷却115或215后，提供固体硅117或217。可以将一部分固体硅117或217去除119或219以提供纯化的固体硅121或221。

在杂质会朝着包含纯化的熔融液体113或213的容器的顶部移动的那些具体实施方案中，可以去除固体硅117或217的顶部部分(即固体硅117或217的包含大量杂质的部分)。可以通过任何合适的手段来去除该部分的固体硅117或217。例如，可以例如通过切割固体硅117或217来机械地去除该部分的固体硅117或217。

在具体实施方案中，用于纯化硅的方法101或201可以进行一次。在可替代的实施方案中，用于纯化硅的方法101或201可以进行两次或更多次(例如2、3或4次)。

以下提供的具体的范围、数值和实施方案仅用于举例说明目的，并不另外限制所公开主题的范围，所述公开主题的范围由权利要求限定。以下所述的具体的范围、数值和实施方案包括每个公开的范围、数值和实施方案的所有组合和子组合，无论是否如此明确地说明。

具体范围、数值和实施方案

在具体实施方案中，组合物中不存在氯化钙。在另外的具体实施方案中，组合物中存在氯化钙。在另外的具体实施方案中，氯化钙以组合物的至多约6.00重量％存在。在另外的具体实施方案中，氯化钙以组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。在另外的具体实施方案中，氯化钙以组合物的约5.00重量％存在，误差±20％。在另外的具体实施方案中，氯化钙以组合物的约5.00重量％存在，误差±10％。

在具体实施方案中，二氧化硅以组合物的约35重量％至约80重量％存在。在另外的具体实施方案中，二氧化硅以组合物的约35重量％至约50重量％存在。在另外的具体实施方案中，二氧化硅以组合物的约42.70重量％存在，误差±10％。在另外的具体实施方案中，二氧化硅以组合物的约42.70重量％存在，误差±5％。

在具体实施方案中，碳酸钠以组合物的约45重量％至约55重量％存在。在另外的具体实施方案中，碳酸钠以组合物的约50.60重量％存在，误差±10％。在另外的具体实施方案中，碳酸钠以组合物的约50.60重量％存在，误差±5％。

在具体实施方案中，不存在氧化钙。在可替代的具体实施方案中，存在氧化钙。在另外的具体实施方案中，氧化钙以组合物的约1.50重量％至约1.90重量％存在。在另外的具体实施方案中，氧化钙以组合物的约1.50重量％至约1.90重量％存在。在另外的具体实施方案中，氧化钙以组合物的约1.70重量％存在，误差±10％。在另外的具体实施方案中，氧化钙以组合物的约1.70重量％存在，误差±5％。

在具体实施方案中，组合物中不存在氟化钙。在另外的具体实施方案中，氟化钙以组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。在另外的具体实施方案中，氟化钙以组合物的至多约6.00重量％存在。在另外的具体实施方案中，氟化钙以组合物的约5.00重量％存在，误差±20％。在另外的具体实施方案中，氟化钙以组合物的约5.00重量％存在，误差±10％。

在具体实施方案中，该方法为用于纯化硅的方法。在另外的具体实施方案中，该方法从铝中至少部分地纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法从铝中纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供铝减少了至少约98重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供铝减少了至少约99.5重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供铝减少了至少约99.8重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约20ppmw铝的纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约10ppmw铝的纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约5ppmw铝的纯化硅。

在具体实施方案中，该方法从硼中纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供硼减少了至少约20重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供硼减少了至少约30重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供硼减少了至少约40重量％的硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约0.40ppmw硼的纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约0.30ppmw硼的纯化硅。在另外的具体实施方案中，该方法提供包含小于约0.20ppmw硼的纯化硅。

在具体实施方案中，该方法采用冶金级(MG)硅，例如形成熔融液体的硅包括冶金级(MG)硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用高级冶金级(UMG)硅，例如形成熔融液体的硅包括高级冶金级(UMG)硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用太阳能级(SOG)硅，例如形成熔融液体的硅包括太阳能级(SOG)硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于冶金级(MG)硅的硅。

在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约98重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约95重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约90重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约85重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约80重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约75重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约70重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约65重量％纯的硅。在另外的具体实施方案中，该方法采用等级或品质低于约60重量％纯的硅。

在具体实施方案中，形成熔融液体的硅包括从硅纯化过程中回收利用的硅。

在具体实施方案中，该方法采用可以包括冶金级(MG)硅的硅201。在另外的具体实施方案中，硅201可以包括高级冶金级(MG)硅。

在具体实施方案中，由硅和熔剂形成熔融液体，使得最初形成硅的熔融液体，然后将熔剂添加到所述熔融液体。在另外的具体实施方案中，由硅和熔剂形成熔融液体，使得最初使固体硅与熔剂接触，然后将其一起加热以形成所述熔融液体。

在具体实施方案中，可以以约25:1至约5:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以约20:1至约7:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以约15:1至约10:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。

在具体实施方案中，可以以至少约5:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至少约10:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至少约15:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至少约20:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至少约25:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。

在具体实施方案中，可以以至多约25:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至多约20:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至多约15:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至多约10:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。在另外的具体实施方案中，可以以至多约5:1的硅与熔剂的重量比来采用硅和熔剂。

在具体实施方案中，在至少约1420℃的温度下形成熔融液体。在另外的具体实施方案中，在至少约1450℃的温度下形成熔融液体。在另外的具体实施方案中，在至少约1500℃的温度下形成熔融液体。在另外的具体实施方案中，在至少约1550℃的温度下形成熔融液体。

在具体实施方案中，在高于固相线温度的温度下形成熔融液体。在另外的具体实施方案中，在高于液相线温度的温度下形成熔融液体。

在具体实施方案中，熔渣包含熔剂与来自硅的杂质的产物。在另外的具体实施方案中，熔渣包含熔剂与来自硅的杂质的反应产物。在另外的具体实施方案中，熔渣包含来自硅的杂质。

在具体实施方案中，熔渣形成在熔融液体的表面上。在另外的具体实施方案中，熔渣形成在熔融液体的表面上，然后将其从熔融液体中去除。

在具体实施方案中，该方法还包括定向凝固纯化的熔融液体以形成固体硅。在另外的具体实施方案中，通过冷却纯化的熔融液体来进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，通过将纯化的熔融液体冷却至低于纯化的熔融液体的液相线温度的温度来进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，将纯化的熔融液体冷却至高于纯化的熔融液体的固相线温度并低于纯化的熔融液体的液相线温度。

在具体实施方案中，保持纯化的熔融液体的顶部部分高于熔点，同时将纯化的熔融液体的底部部分冷却至低于熔点。在另外的具体实施方案中，加热纯化的熔融液体的顶部部分，同时冷却纯化的熔融液体的底部部分。

在具体实施方案中，通过冷却在定向凝固模具的底部部分处的纯化的熔融液体来进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，通过冷却在定向凝固模具的底部部分处的纯化的熔融液体，并通过加热在定向凝固模具的顶部部分处的纯化的熔融液体来进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，通过以小于约75℃/小时的速率冷却在定向凝固模具的底部部分处的纯化的熔融液体来进行定向凝固。

在具体实施方案中，通过将纯化的熔融液体冷却至比纯化的熔融液体的固相线温度高约125℃以内，从而进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，通过将纯化的熔融液体冷却至比纯化的熔融液体的熔点高约125℃以内，从而进行定向凝固。在另外的具体实施方案中，通过在至少约18小时的时间段内冷却纯化的熔融液体来进行定向凝固。

在具体实施方案中，熔剂存在于用于形成包含硅的熔融液体的容器的内表面上。在另外的具体实施方案中，熔剂存在于熔炉耐火材料的内表面上。在另外的具体实施方案中，熔剂存在于用于加热硅的容器的内表面上。在另外的具体实施方案中，熔剂存在于用于形成硅的熔融液体的容器的内表面上。

在具体实施方案中，该方法还包括去除一部分固体硅。在另外的具体实施方案中，通过切割固体硅来去除该部分的固体硅。

在具体实施方案中，任何一个或多个步骤独立地进行多次。

在具体实施方案中，该方法提供至少约1000kg的硅。

在具体实施方案中，该方法提供适于制造太阳能电池板的纯化硅。

以下提供的具体列举实施方案[1]至[61]仅用于举例说明目的，并不另外限制所公开主题的范围，所述公开主题的范围由权利要求限定。这些列举实施方案包括其中描述的所有组合，子组合和多重引用(例如多重从属)的组合。

列举实施方案

[1]组合物，其包含：

(a)二氧化硅(SiO₂)；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)；

(c)任选的氧化钙(CaO)；和

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种。

[2]实施方案[1]的组合物，其中所述二氧化硅以所述组合物的约35重量％至约80重量％存在。

[3]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述二氧化硅以所述组合物的约40重量％至约60重量％存在。

[4]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述二氧化硅以约50重量％存在，误差±50％。

[5]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述二氧化硅以约50重量％存在，误差±20％。

[6]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述碳酸钠以所述组合物的约40重量％至约60重量％存在。

[7]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述碳酸钠以所述组合物的约40重量％至约55重量％存在。

[8]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述碳酸钠以所述组合物的约45重量％至约55重量％存在。

[9]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述碳酸钠以约50.60重量％存在，误差±10％。

[10]上述实施方案中任一项的组合物，其中存在氧化钙。

[11]上述实施方案中任一项的组合物，其中不存在氧化钙。

[12]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氧化钙以所述组合物的约1.50重量％至约5.5重量％存在。

[13]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氧化钙以所述组合物的约1.50重量％至约1.90重量％存在。

[14]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氧化钙以约1.70重量％存在，误差±10％。

[15]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氟化钙以所述组合物的约0.50重量％至约6.00重量％存在。

[16]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氟化钙以所述组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。

[17]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氟化钙以约5.00重量％存在，误差±20％。

[18]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氯化钙以所述组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。

[19]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氯化钙以约5.00重量％存在，误差±20％。

[20]上述实施方案中任一项的组合物，其中所述氟化钙和所述氯化钙两者都存在于所述组合物中。

[21]组合物，其包含：

(a)二氧化钙(SiO₂)，以约50重量％存在，误差±50％；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，以约47重量％存在，误差±20％；

(c)任选的氧化钙(CaO)，以至多约6重量％存在；和

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以至多约5.00重量％存在。

[22]组合物，其包含：

(a)二氧化钙(SiO₂)，以约42.70重量％存在，误差±10％；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，以约50.60重量％存在，误差±10％；

(c)氧化钙(CaO)，以约1.70重量％存在，误差±10％；

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以约5.00重量％存在，误差±20％。

[23]组合物，其包含：

(a)二氧化硅(SiO₂)，以所述组合物的约35重量％至约80重量％存在；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，以所述组合物的约40重量％至约55重量％存在；

(c)任选的氧化钙(CaO)，以所述组合物的至多约6重量％存在；和

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以所述组合物的约0.50重量％至约6.00重量％存在。

[24]组合物，其包含：

(a)二氧化硅(SiO₂)，以所述组合物的约35重量％至约50重量％存在；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)，以所述组合物的约45重量％至约55重量％存在；

(c)氧化钙(CaO)，以所述组合物的约1.50重量％至约1.90重量％存在；

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种，当存在时，每一种都独立地以所述组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。

[25]方法，其包括：

(a)由硅和熔剂形成熔融液体，所述熔剂包含实施方案[1]至[24]中任一项的组合物；

(b)在所述熔融液体中由所述熔剂和杂质形成熔渣；以及

(c)任选地从所述熔融液体中去除至少一部分所述熔渣，以提供纯化的熔融液体。

[26]实施方案[25]的方法，其为用于纯化硅的方法。

[27]上述实施方案中任一项的方法，其从铝中纯化硅。

[28]上述实施方案中任一项的方法，其提供具有至少约99.5重量％的铝减少量的硅。

[29]上述实施方案中任一项的方法，其提供包含少于约10ppmw的铝的硅。

[30]上述实施方案中任一项的方法，其从硼中纯化硅。

[31]上述实施方案中任一项的方法，其从铝中纯化硅。

[32]上述实施方案中任一项的方法，其提供具有至少约30重量％的硼减少量的硅。

[33]上述实施方案中任一项的方法，其提供包含少于约0.30ppmw的硼的硅。

[34]上述实施方案中任一项的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括冶金级(MG)硅。

[35]上述实施方案中任一项的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括太阳能级(SOG)硅。

[36]上述实施方案中任一项的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括从硅纯化过程中回收利用的硅。

[37]上述实施方案中任一项的方法，其中由所述硅和所述熔剂形成熔融液体，使得最初形成硅的熔融液体，然后将所述熔剂添加到所述熔融硅中。

[38]上述实施方案中任一项的方法，其中由所述硅和所述熔剂形成熔融液体，使得最初使固体硅与熔剂接触，然后将它们一起加热以形成所述熔融液体。

[39]上述实施方案中任一项的方法，其中在至少约1450℃的温度下形成所述熔融液体。

[40]上述实施方案中任一项的方法，其中在高于固相线温度的温度下形成所述熔融液体。

[41]上述实施方案中任一项的方法，其中所述熔渣包含熔剂和来自所述硅的杂质的反应产物。

[42]上述实施方案中任一项的方法，其中所述熔渣包含来自所述硅的杂质。

[43]上述实施方案中任一项的方法，其中所述熔渣形成于所述熔融液体的表面上。

[44]上述实施方案中任一项的方法，其中所述熔渣形成于所述熔融液体的表面上，然后将其从所述熔融液体中去除。

[45]上述实施方案中任一项的方法，其还包括(d)定向凝固所述纯化的熔融液体以形成固体硅。

[46]上述实施方案中任一项的方法，其中所述熔剂存在于熔炉耐火材料的内表面上，所述熔剂配置为保护熔融硅免受来自所述熔炉耐火材料的杂质的污染。

[47]上述实施方案中任一项的方法，其中通过冷却所述纯化的熔融液体来进行定向凝固。

[48]上述实施方案中任一项的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至低于所述纯化的熔融液体的液相线温度的温度来进行定向凝固。

[49]上述实施方案中任一项的方法，其中将所述纯化的熔融液体冷却至高于所述纯化的熔融液体的固相线温度并低于所述纯化的熔融液体的液相线温度。

[50]上述实施方案中任一项的方法，其中保持所述纯化的熔融液体的顶部部分高于熔点，同时将所述纯化的熔融液体的底部部分冷却至低于凝固点。

[51]上述实施方案中任一项的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至比所述纯化的熔融液体的固相线温度高约125℃以内，从而进行定向凝固。

[52]上述实施方案中任一项的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至比所述纯化的熔融液体的熔点高约125℃以内，从而进行定向凝固。

[53]上述实施方案中任一项的方法，其中通过冷却在定向凝固模具的底部部分处的所述纯化的熔融液体来进行定向凝固。

[54]上述实施方案中任一项的方法，其中通过以小于约75℃/小时的速率冷却在定向凝固模具的底部部分处的所述纯化的熔融液体来进行定向凝固。

[55]上述实施方案中任一项的方法，其中通过在至少约18小时的时间段内冷却所述纯化的熔融液体来进行定向凝固。

[56]上述实施方案中任一项的方法，其还包括(e)去除一部分固体硅以提供纯化的固体硅。

[57]上述实施方案中任一项的方法，其中通过切割所述固体硅来去除所述一部分的固体硅。

[58]上述实施方案中任一项的方法，其中任何一个或多个步骤独立地进行多次。

[59]上述实施方案中任一项的方法，其提供至少约1000kg硅。

[60]上述实施方案中任一项的方法，其中在太阳能电池板的制造中采用所述纯化的固体硅。

[61]方法，其包括：

(b)在所述熔融液体中由所述熔剂和杂质形成熔渣；

(c)任选地从所述熔融液体中去除至少一部分所述熔渣；

(d)定向凝固所述熔融液体以形成固体硅；以及

(e)去除一部分所述固体硅，

从而提供纯化的固体硅。

Claims

1.组合物，其包含：

(a)二氧化硅(SiO₂)；

(b)碳酸钠(Na₂CO₃)；

(c)任选的氧化钙(CaO)；和

(d)氟化钙(CaF₂)和氯化钙(CaCl₂)中的至少一种。

2.如权利要求1所述的组合物，其中所述二氧化硅以所述组合物的约35重量％至约80重量％存在。

3.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述碳酸钠以所述组合物的约40重量％至约60重量％存在。

4.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述碳酸钠以所述组合物的约40重量％至约55重量％存在。

5.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中不存在氧化钙。

6.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述氟化钙以所述组合物的约0.50重量％至约6.00重量％存在。

7.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述氯化钙以所述组合物的约4.00重量％至约6.00重量％存在。

8.如前述权利要求中任一项所述的组合物，其中所述氟化钙和所述氯化钙两者都存在于所述组合物中。

9.方法，其包括：

(a)由硅和熔剂形成熔融液体，所述熔剂包含权利要求1至8中任一项所述的组合物；

(b)在所述熔融液体中由所述熔剂和杂质形成熔渣；以及

(c)任选地从所述熔融液体中去除至少一部分的所述熔渣，以提供纯化的熔融液体。

10.如权利要求9所述的方法，其为用于纯化硅的方法。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其从铝中纯化硅。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其提供具有至少约99.5重量％的铝减少量的硅。

13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其提供包含少于约10ppmw的铝的硅。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其从硼中纯化硅。

15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其从铝和硼中纯化硅。

16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括冶金级(MG)硅。

17.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括太阳能级(SOG)硅。

18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中形成所述熔融液体的所述硅包括从硅纯化过程中回收利用的硅。

19.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述硅和所述熔剂形成所述熔融液体，使得最初形成硅的熔融液体，然后将所述熔剂添加到所述熔融硅中。

20.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述硅和所述熔剂形成所述熔融液体，使得最初使固体硅与所述熔剂接触，然后将它们一起加热以形成所述熔融液体。

21.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在至少约1450℃的温度下形成所述熔融液体。

22.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在高于固相线温度的温度下形成所述熔融液体。

23.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述熔渣包含所述熔剂和来自所述硅的杂质的反应产物。

24.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述熔渣包含来自所述硅的杂质。

25.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中熔渣形成于所述熔融液体的表面上。

26.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中熔渣形成于所述熔融液体的表面上，然后将熔渣从所述熔融液体中去除。

27.如前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括(d)定向凝固所述纯化的熔融液体以形成固体硅。

28.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述熔剂存在于熔炉耐火材料的内表面上，所述熔剂配置为保护熔融硅免受来自所述熔炉耐火材料的杂质的污染。

29.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过冷却所述纯化的熔融液体来进行所述定向凝固。

30.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至低于所述纯化的熔融液体的液相线温度的温度来进行所述定向凝固。

31.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述纯化的熔融液体冷却至高于所述纯化的熔融液体的固相线温度并低于所述纯化的熔融液体的液相线温度。

32.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中保持所述纯化的熔融液体的顶部部分高于熔点，同时将所述纯化的熔融液体的底部部分冷却至低于凝固点。

33.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至比所述纯化的熔融液体的固相线温度高约125℃以内，进行所述定向凝固。

34.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过将所述纯化的熔融液体冷却至比所述纯化的熔融液体的熔点高约125℃以内，进行所述定向凝固。

35.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过冷却在定向凝固模具的底部部分处的所述纯化的熔融液体来进行所述定向凝固。

36.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过以小于约75℃/小时的速率冷却在定向凝固模具的底部部分处的所述纯化的熔融液体来进行所述定向凝固。

37.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过在至少约18小时的时间段内冷却所述纯化的熔融液体来进行所述定向凝固。

38.如前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括(e)去除一部分的所述固体硅以提供纯化的固体硅。

39.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过切割所述固体硅来去除所述一部分的所述固体硅。

40.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中任何一个或多个步骤独立地进行多次。

41.如前述权利要求中任一项所述的方法，其提供至少约1,000kg硅。

42.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在太阳能电池板的制造中采用所述纯化的固体硅。

43.方法，其包括：

(b)在所述熔融液体中由所述熔剂和杂质形成熔渣；

(c)任选地从所述熔融液体中去除至少一部分的所述熔渣；

(d)定向凝固所述熔融液体以形成固体硅；以及

(e)去除一部分的所述固体硅，

从而提供纯化的固体硅。