低温净化冶金硅工艺探讨

摘

 要：在太阳能级多晶硅生产工艺中，才用冶金净化法去除硼、磷等杂质的方法消耗的能

量较大，而金属熔析净化法能够有效的实现冶金硅在金属液环境下低温熔化，然后结晶净
化，是一种能耗较低的去除硼、磷的方法。本文主要针对熔析体系选择原则进行分析，对锡、
铝等金属作为熔析介质进行筛选，对于

Sn-Si 体系，在 1500K 时的硼分凝系数为 0.038，小

于纯硅熔点

0.8。硼的质量分数在冶金硅二次熔析净化处理时可以由 15×10-6 降至 0.1×10-

6，一般情况下，其它杂质都可以一次性去除到 0.1×10-6 以下。在净化的过程中，硅与杂质
生成的化合物是去除杂质的主要方法，本文主要针对金属熔析净化法作为基础的低温净化
冶金硅的工艺进行分析。

 

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 http://www.xzbu.com/8/view-4091618.htm

　　关键词：低温；金属熔析净化法；太阳能级硅；冶金硅；工艺

 

　　随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池被称为太阳能级硅，目前太阳能电池的主要原
料出现严重的不足，在冶金过程中，对太阳能级硅的这一新技术的研究是具有重要意义的。
近年来，一些太阳能电池通过试验研究出来，并开始销售，但是很多用于冶金过程的方法
如真空精炼、结渣精炼及等离子体处理的时间都比较长，且温度较高。所以，研究一种低成
本的冶金技术是大势所趋。冶金的过程实际上是对硅进行有序净化的过程，是一步一步对杂
质进行去除的过程。因为杂质有自身的特性，没有一种方法能够去除所有的杂质，所以，不
管是何种工艺，都是不同的方法组合在一起。本文主要在低温冶金过程的基础上提出了在金
属熔析净化法。

 

　　

1 金属熔液系统的选择 

　　在硅金属溶液中，固体溶解杂质如果要在低温条件下迅速的去除，首要条件是硅镁必
须要熔化，通过金属熔析法能够简单的实现降硅溶解到熔融金属，主要是以为内硅镁的熔
点比硅要低很多。合金溶液在冷却以后，金属液中存在结晶硅与杂质，通过金属熔析净化方
法，可以将结晶硅从金属液中分离出来。该方法关键在于硅接近通过低温处理后得到净化硅，
实现了硅镁在低温环境下节能净化，尽管很多金属在低温下会溶解硅，只有部分是针对液
化的金属媒介，在这部分金属溶液的选择时，依据以下标准。

 

　　

1.1 没有中间化合物生成。如果中间化合物的培养基与硅中夹带有金属，会造成严重的

影响。除此以外，所夹带的金属也会使硅的分离更加困难，分离时也会造成严重的夹带金属
损失。

 

　　

1.2 在共晶点低浓度和低温度。在共晶点，硅与金属的共结晶。一般情况下，硅的共晶点

存在于具有均匀的显微组织金属硅和二元合金系统中，很难分开，也导致硅的损失比较严
重。除此以外，如果共晶点的温度比较高，就会导致大量的硅出现溶解厨卫金属液。所以，
降低共晶点的温度是节能净化过程的必然选择。

 

　　

1.3 杂质分凝系数小。在硅和金属之间，如果硅结晶的介质中含有杂质，就会使得硅晶

体和金属液之间的偏析系数重新分配，金属杂质会使纯化的过程和净化的效率提高。

 

　　

1.4 硅在低温下的高溶解度。在整个熔融的过程中，镁和硅先溶解，在低温环境下再结

晶后的金属液，硅的溶解度比较高，高溶解度的硅能够使系统的处理能力变强。

 

　　

1.5 硅晶体容易从金属液中分离出来。硅和介质之间的特性是非常明显存在的，例如密

度，能使硅与介质进行分离的时候降低浪费，诸如结晶硅的粒子比较大，金属的粘度比较
小等特征，能够降低在分离过程中的夹带浪费。

 

　　

2 净化效率 

　　

2.1 杂质分凝系数计算。采用这种方法时，对其净化效率其决定性因素的是硅和介质间

的杂质的偏析系数，即硅结晶与熔融金属。在这个项目的研究中，利用

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