專利名稱：一種冶金級硅料清潔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硅料清洗領(lǐng)域，特別是能夠使冶金級硅料雜質(zhì)在投爐之前，洗料時(shí)就
可以去除部分富集雜質(zhì)的一種冶金級硅料清潔方法。
背景技術(shù)：
多晶硅主要采用化學(xué)提純、物理提純兩種方法進(jìn)行生產(chǎn)，其中化學(xué)提純方法主要 有西門子法(氣相沉淀反應(yīng)法)、硅烷熱分解法、流化床法；物理提純方法主要有區(qū)域熔化 提純法(FZ)、直拉單晶法(CZ)、定向凝固多晶硅錠法(鑄造法)等等。目前最為成熟的多 晶硅提純工藝是西門子法，可以達(dá)到的純度為99. 9999999% (9N)以上的硅，但是這種方法 存在的缺點(diǎn)是能耗大、成本高。 過去的太陽能所用的電池一直是采用半導(dǎo)體級的高純硅的副產(chǎn)品，現(xiàn)在俗稱鍋底 料、邊角料或頭尾料，當(dāng)然也運(yùn)用部分西門子法或其改良法生產(chǎn)的純多晶體。隨著太陽能行 業(yè)的發(fā)展和競爭，出于對成本的考慮，物理法也受到越來越多的關(guān)注。物理法是采用對冶金 級硅進(jìn)行造渣、精煉、酸洗(濕法冶金)、定向凝固等方式，將雜質(zhì)去除，由于硅是不參加化 學(xué)反應(yīng)的，所以俗稱物理法，但其實(shí)無論是造渣、精煉還是酸洗，都不可避免的涉及到化學(xué) 反應(yīng)，因此比較精確的說法是冶金法。冶金法的投資成本相對較低，冶金法對于硅料的提純 極限為6-7N，不適合半導(dǎo)體行業(yè)使用，但是應(yīng)用于太陽能行業(yè)是可行的。
目前行業(yè)內(nèi)冶金硅純度還只能達(dá)到5N的水平，除磷硼外其他金屬雜質(zhì)含量仍然 比較高，因此在實(shí)際使用的時(shí)候還是面臨很多問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了解決上述存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種從冶金 硅材料酸洗的角度，盡可能多的去除硅中所含雜質(zhì)，使其更適合太陽能電池對硅料的使用 要求的一種冶金級硅料清潔方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
—種冶金級硅料清潔方法，該方法步驟如下
( — )、將金屬硅料打碎至3cm以下； (二)、調(diào)配酸洗除雜溶液，將氫氟酸和硝酸按1 : 12-20的比例調(diào)配成混合酸；(三)、將破碎的硅料浸于混合酸中，攪拌、清洗一定的時(shí)間；(四)、將清洗后的硅料撈出，用二級純水進(jìn)行清洗并不斷翻動硅料；(五)、將硅料進(jìn)行超聲波清洗和三級純水，當(dāng)PH = 7撈取硅料，烘干。 為了達(dá)到最佳的選擇性腐蝕效果，去除更多的雜質(zhì)，所述的氫氟酸的濃度為48%，
硝酸的濃度為68%，氫氟酸與硝酸的體積比為1 : 12-20，硅料在混合酸中的清洗時(shí)間由所
用酸的比例、料徑和預(yù)計(jì)損耗決定。 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明中硅料含富集雜質(zhì)時(shí)，在區(qū)域內(nèi)的電化學(xué)勢能和表 面活性也發(fā)生變化，雜質(zhì)富集其反應(yīng)電動勢大，與酸反應(yīng)速率快，用此原理來對金屬硅料進(jìn)行一定程度的除雜，通過調(diào)節(jié)酸配比、濃度和反應(yīng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)最佳的選擇性腐蝕效果，從而 去除更多的雜質(zhì)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了選擇性腐蝕的效果，對冶金硅進(jìn)行了一定程度的除雜，使其 更適合太陽能電池對于硅料的使用要求。
具體實(shí)施例方式
—種冶金級硅料清潔方法，該方法步驟如下
( — )、將金屬硅料打碎至3cm以下； (二)、調(diào)配酸洗除雜溶液，將氫氟酸和硝酸按1 : 12-20的比例調(diào)配成混合酸；(三)、將破碎的硅料浸于混合酸中，攪拌、清洗一定的時(shí)間；(四)、將清洗后的硅料撈出，用二級純水進(jìn)行清洗并不斷翻動硅料；(五)、將硅料進(jìn)行超聲波清洗和三級純水，當(dāng)PH = 7撈取硅料，烘干。 為了達(dá)到最佳的選擇性腐蝕效果，去除更多的 雜質(zhì)，所述的氫氟酸的濃度為48%，
硝酸的濃度為68%，氫氟酸與硝酸的體積比為1 : 12-20，硅料在混合酸中的清洗時(shí)間由所
用酸的比例、料徑和預(yù)計(jì)損耗決定。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 酸洗除雜溶液由氫氟酸HF、硝酸HN03組成， 一方面硝酸作為氧化劑與硅反應(yīng)在表 面生成二氧化硅，另一方面氫氟酸對二氧化硅作用生成可溶性的絡(luò)合物，從而完成腐蝕過 程。反應(yīng)式如下 3Si+4HN03 = 3Si02+2H20+4N0 Si02+6HF = H2SiF6+H20 腐蝕液中含痕量HN02時(shí)，會有N02生成。 實(shí)施實(shí)例1 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 20，HF濃度48X， 麗03濃度68%，將級別< 5N的冶金硅料和> 8N的IC料一起浸泡清洗，浸泡時(shí)間相同，撈 取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和三級純水清 洗，待沖洗液ra = 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與IC料反應(yīng)速率比為1. 12 : l，即在 此配比下雜質(zhì)含量高的硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低的反應(yīng)速率，此酸配比對硅料有選擇 性腐蝕的效果。
實(shí)施實(shí)例2 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 20，HF濃度48X，
HN03濃度68% ，將級別< 5N的冶金硅料和> 6N的多晶料一起浸泡清洗，浸泡時(shí)間相同，撈
取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和三級純水清
洗，待沖洗液^ = 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與多晶料反應(yīng)速率比為1.05 : l，即在
此配比下雜質(zhì)含量高的硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低的反應(yīng)速率，此酸配比對硅料有選擇
性腐蝕的效果。 實(shí)施實(shí)例3 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 16，HF濃度48X， HN03濃度68 % ，將級別< 5N的冶金硅料和> 8N的IC料的多晶料一起浸泡清洗，浸泡時(shí) 間相同，撈取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和三級純水清洗，待沖洗液ra = 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與ic料反應(yīng)速率比為 1.06 : i，即在此配比下雜質(zhì)含量高處硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低出的反應(yīng)速率，此酸 配比對硅料有選擇性腐蝕的效果。 實(shí)施實(shí)例4 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 16，HF濃度48X，
HN03濃度68% ，將級別< 5N的冶金硅料和> 6N的多晶料一起浸泡清洗，浸泡時(shí)間相同，撈
取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和三級純水清
洗，待沖洗液^= 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與多晶料反應(yīng)速率比為1. 1 : l，即在
此配比下雜質(zhì)含量高的硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低的反應(yīng)速率，此酸配比對硅料有選擇
性腐蝕的效果。 實(shí)施實(shí)例5 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 12，HF濃度48X， HN03濃度68 % ，將級別< 5N的冶金硅料和> 8N的IC料的多晶料一起浸泡清洗，浸泡時(shí) 間相同，撈取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和 三級純水清洗，待沖洗液ra = 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與IC料反應(yīng)速率比為 1.03 : l，即在此配比下雜質(zhì)含量高的硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低的反應(yīng)速率，此酸配 比對硅料有選擇性腐蝕的效果。
實(shí)施實(shí)例6 在通風(fēng)酸槽內(nèi)，按以下體積比配置除雜溶液HF : HN03 = 1 : 12，HF濃度48X， HN03濃度68% ，將級別< 5N的冶金硅料和> 6N的多晶料一起浸泡清洗，浸泡時(shí)間相同，撈 取清洗后的硅料，用純水二級清洗，沖洗時(shí)不斷翻動原料，然后進(jìn)行超聲清洗和三級純水清 洗，待沖洗液^= 7撈取硅料，烘干。測得冶金硅料與多晶料反應(yīng)速率比為1. 1 : l，即在 此配比下雜質(zhì)含量高的硅料反應(yīng)速率高于雜質(zhì)含量低的反應(yīng)速率，此酸配比對硅料有選擇 性腐蝕的效果。
權(quán)利要求
一種冶金級硅料清潔方法，該方法步驟如下(一)、將金屬硅料打碎至3cm以下；(二)、將破碎的硅料浸于混合酸中，攪拌、清洗一定的時(shí)間；(三)、將清洗后的硅料撈出，用二級純水進(jìn)行清洗并不斷翻動硅料；(四)、將硅料進(jìn)行超聲波清洗和三級純水，當(dāng)PH＝7撈取硅料，烘干。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冶金級硅料清潔方法，其特征在于所述的混合酸為氫 氟酸和硝酸的混合溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種冶金級硅料清潔方法，其特征在于所述的混合酸中氫 氟酸和硝酸的混合比例為1 : 12-20。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種冶金級硅料清潔方法，其特征在于所述的氫氟酸的濃 度為48 % ，硝酸的濃度為68 % 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶金級硅料清潔方法，將金屬硅料打碎至3cm以下；調(diào)配酸洗除雜溶液，氫氟酸和硝酸按1∶12-20的比例調(diào)配成混合酸；將破碎的硅料浸于混合酸中，攪拌、清洗一定的時(shí)間；將清洗后的硅料撈出，用二級純水進(jìn)行清洗并不斷翻動硅料；硅料進(jìn)行超聲波清洗和三級純水，當(dāng)PH＝7撈取硅料，烘干。本發(fā)明中硅料含雜質(zhì)時(shí)，在區(qū)域內(nèi)的電化學(xué)勢能和表面活性也發(fā)生變化，雜質(zhì)富集其反應(yīng)電動勢大，與酸反應(yīng)速率快，用此原理來對金屬硅料進(jìn)行一定程度的除雜，通過調(diào)配酸配比、濃度和反應(yīng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)最佳的選擇性腐蝕效果，從而去除更多的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了選擇性腐蝕的效果，使其更適合太陽能電池對硅料的使用要求。
文檔編號B08B3/12GK101695697SQ20091003567
公開日2010年4月21日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者武雁榕, 陳雪, 黃振飛 申請人:常州天合光能有限公司;