專利名稱：：一種用鋁膜包覆提純金屬硅的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種金屬硅的提純方法，尤其涉及一種用鋁膜包覆提純金屬硅方法。
背景技術：
：太陽能分布廣泛，是一種用之不竭的清潔能源。太陽能電池能將太陽能轉化為電能，但目前太陽能電池的價格比較高，尤其是作為光伏市場主體的晶硅電池成本依然很高，這嚴重影響了太陽能的推廣和使用。目前光伏市場由晶體硅太陽電池主導。而近年來，硅材料成本占到總成本的25%以上，成為制約太陽能電池進一步發(fā)展的瓶頸。在高純多晶硅提純技術中，改良西門子法、硅烷法占據了90%以上的份額。但是，利用這些方法得到的硅原料純度可達9N，遠高于太陽能級硅的7N要求，且成本難以降低。低成本的物理冶金法可以直接將金屬硅提純至太陽能級的要求，因此有望取代西門子法而大幅降低材料成本?！阏J為，大多金屬雜質在硅中的分凝系數都很小，可用定向凝固方法去除，但是，當金屬雜質濃度很高(大于lppmw，ppmw是指按質量計的百萬分之一，即指在每克硅中有l(wèi)微克的金屬雜質)時，金屬雜質不能通過定向凝固的辦法去除。在對金屬硅進行提純之前，必須先大幅降低金屬雜質濃度至10—6cm—3以下，使得定向凝固能夠發(fā)揮最大的作用。
發(fā)明內容本發(fā)明提供一種低成本、屬于物理法提純范疇的金屬硅的提純方法。通過本方法制備高級金屬硅，可以作為太陽能電池用硅材料或進一步提純的原料?！N用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈；2)將步驟1)的產物(去油、洗凈的金屬硅)加入到氫氧化鋁膠體中(氫氧化鋁膠體中，氫氧化鋁與水的質量比為i5:13:D，其中氫氧化鋁與硅的質量比為2:i，混勻，干燥，在金屬硅表面人為形成均勻的鋁膜；3)將步驟2)的產物(表面形成鋁膜的金屬硅)在水煤氣氣氛(體積比H2:C0=1:1)中加熱至800IOO(TC，保溫25h;降溫至650750°C，保溫13h;冷卻至室溫(降溫時，對所需的氣體氛圍沒有特殊要求。)，使鋁膜和硅合金化，形成AlSi合金，同時鋁向晶體硅體內擴散，在靠近AlSi合金層處形成一高鋁濃度摻雜的p型層。在鋁合金化或后續(xù)熱處理中，硅中的雜質會擴散到AlSi合金層或者高鋁濃度摻雜層沉淀，從而導致體內雜質濃度大幅度減小。4)將步驟3)的產物(冷卻到室溫的金屬硅)取出，用鹽酸和氫氟酸的混合溶液浸泡15個小時后，用去離子水清洗干凈；將硅片表面在化學溶液中去除AlSi層、高鋁摻雜層，從而達到去除雜質的目的。所述的鹽酸的質量百分比濃度為5%20%;所述的氫氟酸的質量百分比濃度為1%10%;3所述的鹽酸與氫氟酸的體積比i:i。所述的金屬硅的粒徑大小為0.05mmlOmrn。進一步優(yōu)選，步驟1)中所述的金屬硅的粒徑大小為0.1mm5mm。步驟1)所述的干燥溫度是60IO(TC。步驟3)進一步優(yōu)選將步驟2)的產物(表面形成鋁膜的金屬硅)在水煤氣氣氛(體積比H2:CO=1:1)中加熱至900950°C，保溫4h;降溫至650700°C，保溫2h;冷卻至室溫。步驟4)進一步優(yōu)選步驟4中所述的鹽酸的質量百分比濃度為8%10%;所述的氫氟酸的質量百分比濃度為1%5%。本發(fā)明利用鋁吸雜對金屬硅中的雜質進行初步的吸雜處理，工藝簡單，大幅降低了成本，可得到較純的硅材料以用于后續(xù)的提純工藝。具體實施方式實施例11)將粒徑大小為0.01mm的金屬硅用丙酮超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產物加入到氫氧化鋁膠體中，充分攪拌，6(TC蒸干，其中，氫氧化鋁與硅的質量比為2:l，氫氧化鋁膠體中，氫氧化鋁與水的質量比為15:1;3)將步驟2)的產物放入退火爐中，在水煤氣氣氛(體積比^:C0=1:1)中加熱至80(TC，保溫2h;降溫至65(TC，保溫lh;隨爐冷卻至室溫；4)將步驟3)的產物取出，用5%的鹽酸和1%的氫氟酸混合溶液浸泡1個小時后，用去離子水清洗干凈?？梢缘玫郊兌葹?N的高級金屬硅材料。(雜質含量經過ICPMS測試，具體見下表，ppmw是指按質量計的百萬分之一，即指在每克硅中有1微克的金屬雜質)雜質原子BPFeAlCaCuNi總和處理前含量(卯mw)25212504230124523155134處理后含量(ppiw)8715120140.40.3164.7實施例21)將粒徑大小為0.lmm的金屬硅用丙酮超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產物加入到氫氧化鋁膠體中，充分攪拌，10(TC蒸干，其中，氫氧化鋁與硅的質量比為2:l，氫氧化鋁膠體中，氫氧化鋁與水的質量比為10:1;3)將步驟2)的產物放入退火爐中，在水煤氣氣氛(體積比H2:C0=1:1)中加熱至900°C，保溫4h;降溫至700°C，保溫2h;隨爐冷卻至室溫；4)將步驟3)的產物取出，用10%的鹽酸和3%的氫氟酸混合溶液浸泡3個小時后，用去離子水清洗干凈?？梢缘玫郊兌葹?.5N的高級金屬硅材料。(雜質含量經過ICPMS測試，具體見下表)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例31)將粒徑大小為10mm的金屬硅用丙酮超聲去油、洗凈；2)將步驟1)的產物加入到氫氧化鋁膠體中，充分攪拌，10(TC蒸干，其中，氫氧化鋁與硅的質量比為2:1，氫氧化鋁膠體中，氫氧化鋁與水的質量比為3:1;3)將步驟2)的產物放入退火爐中，在水煤氣氣氛(體積比^:C0=1:1)加熱至100(TC，保溫5h;降溫至75(TC，保溫3h;隨爐冷卻至室溫；4)將步驟3)的產物取出，用20%的鹽酸和10%的氫氟酸混合溶液浸泡5個小時后，用去離子水清洗干凈?？梢缘玫郊兌葹?N的高級金屬硅材料。(雜質含量經過ICPMS測試，具體見下表)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權利要求一種用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于包括如下步驟1)將金屬硅去油、洗凈；2)將步驟1)的產物加入到氫氧化鋁膠體中，其中氫氧化鋁與硅的質量比為2∶1，混勻，干燥；3)將步驟2)的產物在水煤氣氣氛中加熱至800～1000℃，保溫2～5h；降溫至650～750℃，保溫1～3h；冷卻至室溫；4)將步驟3)的產物取出，用質量百分比濃度為5％～20％的鹽酸和質量百分比濃度為1％～10％的氫氟酸按體積比1∶1浸泡1～5個小時，用去離子水清洗干凈。2.如權利要求1所述的用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于所述的金屬硅的粒徑大小為0.05mm10mm。3.如權利要求1所述的用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于步驟1)所述的干燥溫度是60IO(TC。4.如權利要求1所述的用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于將步驟2)的產物在水煤氣氣氛中加熱至90(TC，保溫4h;降溫至70(TC，保溫2h;冷卻至室溫。5.如權利要求1所述的用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，其特征在于將步驟3)的產物取出，用質量百分比濃度為5%9%的鹽酸和質量百分比濃度為1%5%的氫氟酸按體積比l:1浸泡15個小時，用去離子水清洗干凈。全文摘要本發(fā)明公開了一種用鋁膜包覆提純金屬硅的方法，包括如下步驟將金屬硅去油、洗凈；然后加入到氫氧化鋁膠體中混勻、干燥；再在水煤氣氣氛中加熱并兩次保溫后冷卻至室溫；最后在鹽酸和氫氟酸混合溶液浸泡后用去離子水清洗干凈而得到純度為4～5N的高級金屬硅。本發(fā)明利用鋁吸雜對金屬硅中的雜質進行初步的吸雜處理，工藝簡單，大幅降低了成本，可得到較純的硅材料作為太陽能電池用硅材料或其進一步提純的原料。文檔編號C01B33/037GK101786628SQ201010040050公開日2010年7月28日申請日期2010年1月19日優(yōu)先權日2010年1月19日發(fā)明者余學功,楊德仁,顧鑫申請人:浙江大學