一種電子束熔煉去除多晶硅鑄錠底料中雜質(zhì)氧的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于用電子束烙煉的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電子束烙煉去除多晶娃鑄錠 底料中雜質(zhì)氧的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在能源緊缺、倡導(dǎo)低碳環(huán)保的社會(huì)，太陽能作為一種環(huán)保新能源，具有重大的應(yīng)用 價(jià)值。太陽能電池可W將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，太陽能級(jí)多晶娃材料是制造太陽能電池最重 要的基礎(chǔ)原材料，但其高昂的制造成本W(wǎng)及復(fù)雜的制造工藝是制約光伏產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的瓶 頸，嚴(yán)重阻礙了我國太陽能電池的推廣和使用。
[0003] 目前，世界范圍內(nèi)制備太陽能級(jí)多晶娃材料的主要技術(shù)路線有；改良西口子法，娃 焼法，冶金法。其中改良西n子法的原理就是在ii〇〇°c左右的局純娃芯上用局純氨還原局 純H氯氨娃，生成多晶娃沉積在娃芯上。但是改良西口子法能耗高、污染嚴(yán)重，屬于歐美淘 汰的舊技術(shù)。娃焼法就是娃焼（SiH4)熱分解制備多晶娃的方法，但是該工藝生產(chǎn)操作時(shí)危 險(xiǎn)性大(娃焼易燃易爆)、綜合生產(chǎn)成本較高。冶金法主要包括；電子束烙煉法、等離子束烙 煉法、定向凝固法、造渣法、電解法、碳熱還原法等。
[0004] 在冶金法工藝中，娃料的磯、測(cè)、金屬等雜質(zhì)均可通過有效的工藝手段去除，達(dá)到 了較理想的效果。但是，近年來，在對(duì)多晶娃太陽能電池片光電轉(zhuǎn)化效率的研究中發(fā)現(xiàn)，氧 元素的含量對(duì)電池片的光電轉(zhuǎn)化效率與產(chǎn)生重要影響。但是，現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)氧元素的去除 效果不佳。
[0005] 在冶金法的鑄錠等工藝中，巧巧中的氧元素或通入氣體中的氧元素不可避免地會(huì) 進(jìn)入到娃料中，是氧雜質(zhì)產(chǎn)生的主要原因。傳統(tǒng)的測(cè)試娃中氧含量的普遍方法為紅外光譜， 用紅外光譜分別對(duì)高純娃料與混料(鑄鑄后的邊角料與高純料混合）進(jìn)行檢測(cè)，兩種料中氧 的含量相關(guān)不大。該也導(dǎo)致了冶金法工藝中引入的氧雜質(zhì)未受到重視。
[0006] 實(shí)際上，在娃中氧元素有兩種狀態(tài)；替代位，即氧代替了娃的位置；間歇位，即氧 在娃原子的間隙中。傳統(tǒng)的測(cè)試娃中氧含量的紅外光譜只能檢測(cè)間歇位的氧含量，不能真 實(shí)反映兩種娃料中的氧含量水平。經(jīng)申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，替代位的氧會(huì)釋放電子，與娃中雜 質(zhì)磯產(chǎn)生的作用相似，能夠影響多晶娃電池片光電轉(zhuǎn)化效率。申請(qǐng)人通過二次離子質(zhì)譜儀 多次檢測(cè)，在上述兩種娃料中，氧元素含量相差很大，主要是替代位的氧元素含量的差別。
[0007] 因此，對(duì)于冶金法中多晶娃中引入的雜質(zhì)氧不能忽視，尤其在鑄錠工藝結(jié)束后，底 料(包括鑄錠結(jié)束后底部廢料及邊角廢料）中氧含量為4~20ppmw，不符合生產(chǎn)要求，必需 尋求有效的手段降低娃中雜質(zhì)氧的含量。
[0008] 對(duì)于氧雜質(zhì)的去除方法，檢索到發(fā)明專利CN20081007092. 5, 一種降低金屬娃中 氧、碳含量的方法，該發(fā)明采用在娃液中吹入氧氣、氨氣和水蒸氣，使氨氣和氧氣在娃液中 反應(yīng)產(chǎn)生局部高溫，使娃液中的氧、碳元素隨氣體排放而去除，但是該方法需要在娃烙融狀 態(tài)下通入氧氣和氨氣，操作難度大，危險(xiǎn)性高，氧的去除效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是克服上述不足問題，提供一種電子束烙煉去除多晶娃鑄錠底料中 雜質(zhì)氧的方法，危險(xiǎn)性較低，可行性較高。由于多晶娃鑄錠底料中氧含量較高，可利用電子 束烙煉技術(shù)，將多晶娃鑄錠底料中的氧含量降低至〇.〇571ppmw W下，達(dá)到原生娃料的水 平。
[0010] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種電子束烙煉去除多晶娃鑄錠底料中雜質(zhì)氧的方 法，步驟如下：
[0011] (1)裝料；將多晶娃鑄錠底料破碎，清洗烘干后放入水冷銅巧巧中；
[001引（2)抽真空；調(diào)節(jié)真空粟組，將爐體真空度抽到5X 10^2化W下，電子槍真空度抽到 5 X 10-中a U下；
[001引（3)電子槍預(yù)熱；設(shè)置高電壓為25~35kW，預(yù)熱5~lOmin后關(guān)閉高電壓；設(shè)置電 子槍束流為70~200mA，預(yù)熱5~lOmin后關(guān)閉電子槍束流；
[0014] (4)電子束烙煉；同時(shí)打開電子槍的高電壓和束流，用電子槍轟擊娃料，增大電子 槍束流至200~1200mA，直到娃料全部烙化后，繼續(xù)轟擊5~15min ;
[0015] (5)冷卻后取料；關(guān)閉電子槍，待娃料經(jīng)過10~60min冷卻后關(guān)閉真空粟組，打開 放氣閥，取出娃料，取出的娃料中氧含量為0. 〇571ppmw W下。
[001引優(yōu)選方案如下：
[0017] 裝料中的多晶娃鑄錠底料為氧含量4~20ppmw的娃料。
[0018] 裝料中，底料裝入量為水冷銅巧巧容積的1/3~1/2。
[0019] 目前，電子束烙煉金屬除雜是冶金法提純金屬的重要方法之一，其高的能量密度， 高的烙煉溫度和局部過熱可W有效去除金屬中的揮發(fā)性雜質(zhì)，本發(fā)明采用常規(guī)使用的電子 束烙煉系統(tǒng)，該電子束烙煉系統(tǒng)包括爐體部分、電子槍部分、真空系統(tǒng)部分、高壓電源部分、 進(jìn)料出錠系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)等構(gòu)成，電子束烙煉過程中，一般使用水冷銅巧巧作為烙煉的容 器，金屬烙化后液體盛裝于水冷銅巧巧內(nèi)，水冷銅巧巧可W減少烙煉產(chǎn)生的熱沖擊。
[0020] 申請(qǐng)人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在電子束烙煉過程后，去除磯雜質(zhì)的同時(shí)，對(duì)氧雜質(zhì)也 是一種極大的去除。經(jīng)二次離子質(zhì)譜儀檢測(cè)，能夠保證最后娃料中氧的含量由4~20ppmw 降低到0. 〇571ppmw W下，0. 0571卵mw W下為質(zhì)譜儀的檢測(cè)下限，由此我們可W認(rèn)為，電子 束烙煉除氧后，娃料中氧含量為0. 〇571ppmw W下。
[0021] 本發(fā)明的顯著效果是電子束將雜質(zhì)氧的去除率達(dá)到88~95% ;可使多晶娃得到 很好的重復(fù)利用；與不進(jìn)行除氧工藝的多晶娃料相比，提高電池片的光電轉(zhuǎn)換效率0. 1% W 上，工藝條件溫和易于操作，生產(chǎn)周期短，技術(shù)穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。
[0023] 實(shí)施例1 ;
[0024] (1)裝料；將氧含量為6. 177ppmw的300g多晶娃鑄錠底料破碎成小塊娃料，置于 分析純酒精中超聲波震蕩清洗，去除表面殘留的油污和灰塵；已清洗的娃料經(jīng)烘干處理后 置于水冷銅巧巧內(nèi)；關(guān)上爐口，開啟冷卻水。
[002引（2)抽真空：調(diào)節(jié)真空粟組運(yùn)行40min后，爐體真空度抽到5X 10可a W下，電子槍 真空度抽到5X1(T中a W下。
[0026] (3)電子槍預(yù)熱；設(shè)置高電壓為25kW，預(yù)熱5min后關(guān)閉高電壓；設(shè)置電子槍束流為 70mA，預(yù)熱5min后關(guān)閉電子槍束流。
[0027] (4)電子束烙煉；同時(shí)打開電子槍的高電壓和束流，用電子槍轟擊娃料，增大電子 槍束流至200mA，保證電子束光斑形態(tài)為圓形，使電子束在烙煉過程中始終W圓形光斑的狀 態(tài)轟擊娃料表面，烙煉過程中電子束功率保持不變，烙煉Omin后關(guān)閉束流。