專利名稱：用于精制硅的方法及由其精制的硅的制作方法
技術領域：
本發明涉及制造硅原材料的硅精制方法，所述硅原材料用于太陽能電池。
背景技術：
考慮到環境問題，使用天然能替代石油等等已經引起了人們的注意。其中，使用硅半導體光電轉換原理的太陽能電池具有這樣的特征，即可很容易地將太陽能轉換為電。然而，為了推廣太陽能電池，必須降低太陽能電池、尤其是半導體硅的成本。
至于用于半導體集成電路的高純硅，可通過使用純度至少為98％的金屬硅作為原材料、通過化學方法合成三氯硅烷(SiHCl3)、然后通過蒸餾將其純化、此后將其精制(Siemens法)來獲得約11N(9)的高純硅，所述金屬硅通過碳還原二氧化硅獲得。但是，這種高純硅需要復雜的制造裝置和更多的用于還原的能量，因此其必然是一種昂貴的材料。
為了降低太陽能電池的成本，除了將高純硅再循環之外，還試圖直接由金屬硅進行冶金精制，所述高純硅來自于制造半導體集成電路的每一個步驟。至于再循環，當由材料如硅片和CZ錠屑(碎片)生產多晶硅錠時，進行硅熔體的單向凝固，從而通過偏析實現精制。這樣，獲得了實用的太陽能電池特性。但是，盡管由金屬硅單向凝固同時可極好地降低許多雜質元素，但是硼是個例外。由于硼偏析系數很大，為0.8，原則上不能高效地進行硼的凝固偏析。這樣，實踐中，硼的降低就很困難。
因此，關于硼的去除，已經公開了等離子體熔化工藝，其中將含有硼的硅放置在水冷銅坩鍋中，并通過氧化等離子體熔化該金屬硅，其中，操作氣體為氬氣(Ar)以及小量O2或CO2的混合氣體(Kichiya Suzuki及其他三人“Gaseous Removal of Phosphorus and Boron from Molten Silicon”，Journalof the Japan Institute of Metals，1990，vol.54，No.2，pp.161-167(參見非專利文獻1))。根據這種方法，當金屬硅中的硼作為由BO、BO2或B2O3組成的氣態氧化硼揮發時，可降低硼的濃度。
還公開了一種方法，其中熔化含有硼的硅和主要成分為氧化鈣的熔渣，當通過旋轉驅動裝置攪拌該熔化硅時，將氧化性氣體吹入到熔化硅中，從而通過氧化去除硼(日本專利延遲公開No.2003-213345(參見專利文獻1))。根據這種方法，可高效、廉價地制造將用作太陽能電池的、純度大約為6N(9)的硅。
作為通過使硼成為氧化硼并從熔化硅中揮發來降低硼的方法，在此還有一種方法，其中用混合氣體的等離子體來照射熔化硅的表面，從而促進硼的氧化，該混合氣體為Ar氣或添加氫的Ar氣，其含有水蒸汽，還含有二氧化硅粉末(日本專利公開No.4-228414(參見專利文獻2))。
根據這種方法，盡管在高溫下，可蒸發氧化硼并可將之去除，但是用于等離子體反應的部分因為裝置的結構而被局限。因此，該裝置的尺寸大、昂貴，且需要很長的精制時間。
已經公開了一種方法，其中將氧化性氣體吹入到熔化硅中，在通過氧化去除硼和碳之后，將吹入氣體轉換為氬氣或者氬和氫的混合氣體，從而去除氧(日本專利公開No.10-120412(專利文獻3))。已公開根據這種方法，通過氧化性氣體，使硼和碳變成為氧化物，其通過蒸發去除，在熔化硅中增加的氧移動到吹入的氬氣氣泡中，從而得以去除。
專利文獻1日本專利公開No.2003-213345專利文獻2日本專利公開No.4-228414專利文獻3日本專利公開No.10-120412非專利文獻1Kichiya Suzuki及其他三人，“Gaseous Removal ofPhosphorus and Boron from Molten Silicon”，Journal of the Japan Institute ofMetals，1990，vol.54，No.2，pp.161-167發明內容發明解決的問題在通過冶金方案精制硅的方法中，如上所述，存在用含有氧化性氣體的等離子體照射熔化硅表面從而使得氧化硼自熔體表面揮發并得以去除的方法，以及通過含有堿性成分如氧化鈣和氧化性氣體的熔渣去除硼的方法。由于成本問題，它們中無一是商業性成功的。
使用非專利文獻1中公開的方法，報道了這樣的問題，即通過含有氧化性氣體的等離子體氣體和熔化硅的反應，在熔體表面上形成了二氧化硅(SiO2)涂層。在等離子體熔化開始后的15分鐘內，約50％的熔體表面被二氧化硅覆蓋，從而阻礙了氧化硼自熔體表面揮發去除。這樣，硼的去除速度顯著降低。
專利文獻3中公開的方法是這樣一種方法，其中，通過等離子體噴槍將氧化性氣體吹到熔化硅的表面，其與非專利文獻1中公開的方法類似。因此，如在非專利文獻1中公開的一樣，在熔化硅的表面上形成二氧化硅涂層，從而阻礙了氧化硼自熔體表面的揮發去除。
本發明的發明人已經研究了專利文獻1中公開的方法，其中將熔渣和氧化性氣體混合并攪拌，發現了下面的問題。當將氧化性氣體吹入到熔化硅中時，由硅的氧化反應產生的二氧化硅(SiO2)被該熔渣吸收。結果，該熔渣的粘稠度增加，混合該熔渣、氧化性氣體和熔化硅的效率被削弱以及硼氧化的反應速度降低。這樣，降低了硼的去除速度。
本發明解決的問題在于提供高效的精制，而不降低精制速度，從而提供廉價的、用于太陽能電池的硅。
解決問題的措施本發明涉及一種用于精制含有雜質元素的熔化硅的方法。根據一個方面，該方法包括步驟使精制氣體與該熔化硅接觸，該精制氣體含有同該雜質元素反應的成分，從而從該熔化硅去除含有該雜質元素的產物；以及使處理氣體與該熔化硅接觸，該氣體同該熔化硅具有很小的反應活性，從而去除由該熔化硅與精制氣體反應產生的產物。
本發明涉及一種用于精制含有雜質元素的熔化硅的方法。根據一個方面，該方法包括步驟使精制氣體與該熔化硅接觸，該精制氣體含有同該雜質元素反應的成分，從而從該熔化硅去除含有該雜質元素的產物；同時，使處理氣體與該熔化硅接觸，該氣體同該熔化硅具有很小的反應活性，從而去除由該熔化硅與精制氣體反應產生的產物。
優選該精制氣體包括氧化性氣體。另一方面，優選處理氣體包括惰性氣體，更優選地包括還原性氣體。優選地，將含有酸性氧化物作為主要成分的精制添加劑添加到熔化硅中。本發明的硅通過這樣的方法得以精制。
發明效果根據本發明，可從熔化硅中有效地去除雜質如硼，而不降低雜質的去除速度。此外，由于精制過程簡單，所以可以很低的成本制造用于太陽能電池的硅原材料。
圖1為用于實施本發明精制方法的裝置的概念圖。
圖2為用于實施本發明精制方法的裝置的概念圖。
圖3顯示了每一實施例和對比例中吹入精制氣體的累積時間和硅中硼濃度之間的關系。
圖4為SiO2-CaO二元體系的相圖。
參考數字的說明1熔爐；2坩鍋；3電磁感應加熱裝置；4氣體吹入管；5攪拌部分；6氣體吹出部分；7氣體流動通道；8，28熔化硅；9熔渣；10抗氧化材料層；11精制氣體的氣泡；25通過吸收所產生的二氧化硅而增加粘度的熔渣。
本發明的最佳實施方式根據本發明用于精制硅的方法包括步驟使精制氣體與該熔化硅接觸，該精制氣體含有同雜質元素反應的成分，從而從該熔化硅中去除含有該雜質元素的產物；以及使處理氣體與該熔化硅接觸，該氣體同該熔化硅具有很小的反應活性，從而去除由該熔化硅與精制氣體反應產生的產物。使用這樣的精制方法，可有效地去除熔化硅中的雜質元素，同時可去除阻礙雜質蒸發去除的產物。從而實現熔化硅的高效精制。
所述精制氣體為含有同熔化硅中雜質元素反應的成分的氣體，而雜質元素為硼、碳等等，可特別使用氧化反應從熔化硅中將其去除。優選地，該精制氣體為這樣一種氣體，其中Ar載氣含有水蒸汽。通過使用簡單的加濕器(蒸發器)，將氣體露點設置在20℃-90℃的代表性范圍，可容易地以約2體積％-70體積％的范圍將水蒸汽包含在精制氣體中。可酌情將氫添加到精制氣體中。
含在精制氣體中、同雜質元素反應的成分不局限為水蒸汽，例如可使用含有氧原子的氣體如氧和二氧化碳。此外，考慮到廣義的氧化反應，同樣還可使用鹵基氣體如氯化氫。因此，作為含在精制氣體中、同雜質元素反應的成分，可優選使用氧化性氣體。對于載氣而言，特別優選同硅具有很小反應活性的惰性氣體如Ar，同時還可使用氮化物等等。
除了含有雜質元素的產物如氧化硼外，由熔化硅和精制氣體反應產生的產物例如為SiO2(此后稱之為“產生的二氧化硅”)，其通過將含有水蒸汽的精制氣體吹入到熔化硅中從而將硅氧化而產生。
該處理氣體為同熔化硅具有很小反應活性的氣體，例如優選為惰性氣體如Ar或氮化物。優選地，該處理氣體包括還原性氣體如氫，因為其可有效地去除由熔化硅和精制氣體的氧化反應產生的二氧化硅等等。
精制添加劑例如為二氧化硅(SiO2)和氧化鈣(CaO)的混合物。圖4為SiO2-CaO二元體系的相圖。可在Advanced Physical Chemistry for ProcessMetallurgy，1997，p109，圖3.7中找到圖4。如圖4所示，可在約1460℃或更高溫度下，使二氧化硅和氧化鈣的混合物達到熔化狀態，該溫度高于硅約1414℃的熔點。此后，將在這種熔化狀態下的精制添加劑稱之為“熔渣”。
例如在專利文獻2中公開了作為氧化劑的二氧化硅粉末的用途。二氧化硅粉末同熔化硅的可潤濕性很差，不能將之大量添加到熔化硅中，其有時阻礙了精制硅的速度。使用二氧化硅和氧化鈣的混合物作為精制添加劑，可改善同熔化硅的可潤濕性，因此，可大量引入在精制硅中必需的、作為熔渣的氧化劑。
當使用由二氧化硅和氧化鈣的混合物組成的精制添加劑時，由于作為氧化劑，二氧化硅很有用，所以優選含有二氧化硅作為主要成分的精制氧化物。但是，當使用含有二氧化硅作為主要成分的精制添加劑時，熔渣有時可附著在氣體吹出部分并使之堵塞。此外，含有二氧化硅作為主要成分的熔渣的粘度通常很大。因此，一旦其附著，很難使之剝離。
因此，為了有效地阻止氣體吹出部分的堵塞，優選添加至少一種堿金屬氧化物如氧化鋰或氧化鈉。通過將堿金屬氧化物添加到精制添加劑中，可降低熔渣的粘度并阻止其附著到氣體吹出部分上。
當將堿金屬氧化物添加到精制添加劑中時，盡管可直接添加堿金屬氧化物，但是由于當堿金屬氧化物同水反應并變成為氫氧化物時，其呈現出強堿性，所以必須對之謹慎處理。因此，優選將堿金屬碳酸鹽、碳酸氫鹽以及硅酸鹽中的至少一種添加到精制添加劑中。例如，通過添加碳酸鋰、碳酸氫鋰或硅酸鋰并加熱，可獲得與將氧化鋰添加到二氧化硅相似的效果。通過將碳酸鈉、碳酸氫鈉或硅酸鈉添加到二氧化硅中并加熱，可獲得與將氧化鈉添加到二氧化硅中相似的效果。因此，優選該精制添加劑含有酸性氧化物(acidic oxide)作為主要成分。在此，主要成分是指含量為至少50質量％，優選至少60質量％的成分。
向用于本發明的精制添加劑中，例如可酌情添加氧化鋁、氧化鎂、氧化鋇或氟化鈣，其通常用于如冶煉鋼的領域。
下面，將公開本發明的一個實施方案，其采用從熔化硅中去除硼的方法作為實施例。由于本發明效果通過氧化反應實現，所以將被去除的雜質元素不局限為硼，例如，通過氧化反應去除的代表性雜質元素可以為碳。
圖1顯示了用于實施本發明精制方法的裝置的優選實施例。如圖1所示，該裝置包括具有不銹鋼制成的壁的熔爐1，石墨制成的坩鍋2，其中傾倒有熔化硅8，電磁感應加熱裝置3和石墨制成的氣體吹入管4。根據需要，將熔渣9同熔化硅8混合。
氣體吹入管4包括在其下部的攪拌部分5和氣體吹出部分6。在氣體吹入管4的上部，提供用于在熔化硅8中旋轉攪拌部分5的旋轉驅動裝置(未示出)。此外，在該氣體吹入管4的上部提供用于將攪拌部分5浸入熔化硅8中或自其中去除攪拌部分5的提升和降低裝置(未示出)。
在具有攪拌部分5的氣體吹入管4中，形成了中空氣體流動通道7，通過該通道形成精制氣體流路。在氣體吹入管4穿過熔爐1的壁的部分，提供用于確保熔爐1密封以及用于允許氣體吹入管4旋轉的密封裝置12。
首先，在該裝置的坩鍋2中，放置純度約為98％的金屬硅(冶金等級的硅)(此后稱之為“MG-Si”)，以及如果需要，放置精制添加劑。通過電磁感應加熱裝置3加熱坩鍋2，同時熔爐1中的空間為惰性氣體氛圍如Ar。通過來自坩鍋2的熱傳遞，MG-Si和精制添加劑的溫度增加，從而使得其熔化。將這樣獲得的熔體保持在規定的處理溫度，典型地在1450℃-1600℃。在攪拌該熔體之前，將熔化的精制添加劑(此后還稱之為“熔渣”)自熔化硅中分離。
接著，通過提升和降低裝置，降低氣體吹入管4，從而使該氣體吹入管4和攪拌部分5浸入到坩鍋2中的熔化硅8中。隨后，當在氣體吹入管4中通過中空氣體流動通道7，將精制氣體自氣體吹出部分6吹入到熔化硅8中時，通過旋轉驅動裝置，以箭頭標明的方向旋轉氣體吹入管4，從而攪拌熔化硅8。
這樣，吹入到熔化硅8中的精制氣體的氣泡11變得很細小，且同熔化硅8接觸，同時其在熔化硅8中均勻地分散。然后，在整個熔化硅8中，促進了熔化硅8和精制氣體之間的反應，產生了含在熔化硅8中的雜質元素如硼的氧化物。通過蒸發等等可自熔化硅去除該氧化物。因此，根據本發明，由于該精制氣體均勻地分散在熔化硅8中，且可立即從整個熔化硅8中基本上去除雜質，所以可高效地精制硅。
另一方面，當使用精制添加劑時，吹入到熔化硅8和熔渣9中的精制氣體的氣泡11是細小的，其可均勻地分散在熔化硅8中。然后，在整個熔化硅8中，促進了熔化硅8、熔渣9和精制氣體之間的反應，產生了含在熔化硅8中的雜質元素如硼的氧化物。可通過蒸發等等從熔化硅中去除該氧化物。因此，根據本發明，由于該精制氣體均勻地分散在熔化硅8中，且可立即從整個熔化硅8中基本上去除雜質，所以可高效地精制硅。
在此，當使用比重大于MG-Si的熔渣時，優選將攪拌部分5降低到上層(即熔化硅層)和下層(即熔渣層)之間的界面附近，此后旋轉氣體吹入管4。以這樣的方式，自氣體吹出部分6吹出的精制氣體的氣泡11和熔渣9可更容易地均勻分散在熔化硅8中。
在精制氣體、熔化硅8以及所添加的熔渣9在坩鍋2中很有效地混合，且每一相之間的接觸面積顯著增加的狀態下，根據需要添加在精制氣體中的熔渣9和氧化性氣體提供的氧顯著促進了熔化硅8中的雜質如硼的氧化反應。
通過攪拌熔化硅8，從而使得熔渣9更均勻地分散在其中，可有效地發揮作為氧化劑的熔渣9的功能。值得注意的是精制添加劑不必全部熔化，即使其部分為固體，也可獲得基本上相同的效果。另一方面，考慮到雜質的去除，精制硅時，期望將硅和精制添加劑都保持在熔化狀態。
當未將精制添加劑添加到MG-Si中，或當添加的精制添加劑的比重小于MG-Si時，優選將攪拌部分5降低到熔化硅8的下部，此后旋轉氣體吹入管4。
優選精制氣體的引入壓力大于0.10Mpa，更優選其在0.15Mpa-0.3Mpa的范圍內。在這種方式下，即使當高粘度的熔渣9混合在熔化硅8中時，也可連續穩定地吹出精制氣體。
期望在氣體流動通道7的內壁中形成抗氧化材料層10如氧化鋁。在這種方式下，將熔化硅8的溫度保持在約1450℃-1600℃，因此將部分氣體吹入管4和與熔化硅8接觸的攪拌部分5加熱到同熔化硅8基本上相同的溫度。通過來自熔化硅8的熱傳遞，在接近熔化硅8的部分，將氣體吹入管4加熱到約1500℃或更高的溫度。在這樣的高溫環境下，如果將精制氣體中的氧化性氣體如水蒸汽同石墨元件接觸，石墨元件將很易被氧化并被腐蝕。考慮到這一點，通過在氣體流動通道7的內壁上形成抗氧化材料層10，可抑制石墨元件的腐蝕。
除了氧化鋁之外，同時可將氮化硅、碳化硅等等用作抗氧化材料，特別優選氧化鋁，因為其在高溫下的強度、抗氧化性氣體的能力極佳，且其成本很低。不特別限制在氣體流動通道7的內壁上形成抗氧化材料的方法。可將一根抗氧化材料管插入氣體流動通道中，從而覆蓋氣體吹入管4的內表面；可將抗氧化材料糊料施用在氣體流動通道7的內部；或者通過沉積、汽相外延方法等等形成抗氧化材料的薄膜。
接著，將公開二氧化硅的去除，其由熔化硅和精制氣體的反應產生。圖2為使用類似圖1中精制裝置而形成的裝置來精制熔化硅的實施例。如圖2所示，將含有氧化性氣體的精制氣體吹入熔化硅中，并持續硼的去除過程，吸收二氧化硅且增加粘度的熔渣25象蓋子一樣部分覆蓋熔化硅28的表面，所述二氧化硅由熔化硅和精制氣體的反應產生。在這樣的狀態下，吸收所產生的二氧化硅且增加粘度的熔渣25很難分散在熔化硅中，硼的去除速度惡化。
在這樣的狀態下，通過停止將精制氣體吹入到熔化硅28中，以及僅將Ar等等處理氣體吹入到熔化硅28中以同熔渣25接觸，可降低這樣的粘度，且可恢復硼的去除速度，所述熔渣吸收所產生的二氧化硅、部分覆蓋熔體表面，且增加粘度。此外，當所使用的精制添加劑的比重輕于硅時，例如在制備為SiO2∶Li2O＝80∶20(質量比)的熔渣情況下，其大部分漂浮在熔體表面，且附著在坩鍋壁的周圍。還在這樣的情況下，通過吹入處理氣體，可降低覆蓋熔體表面的熔渣粘度，且可恢復硼的去除速度。
進一步研究本發明，優選在總吹入時間相同時，將精制氣體吹入數次，且在每一精制氣體吹入過程之后，吹入處理氣體，從而更高效地去除雜質如硼。此外，優選將氫添加到處理氣體中，從而改進降低熔渣粘度的效果，所述熔渣吸收所產生的二氧化硅并增加粘度。此外，還可通過這樣的方法來高效地精制熔化硅，而不降低硼等等的去除速度，所述方法包括步驟使精制氣體與熔化硅接觸，從而從該熔化硅中去除含有雜質元素的產物；同時，使處理氣體與該熔化硅接觸，從而去除由該熔化硅與精制氣體反應產生的產物。考慮到處理過程，由于本發明的精制方法簡單、有效，所以可以提供用于太陽能電池的、廉價的硅原材料。
(實施例1)在本實施例中，將1Kg MG-Si放置在圖1中的坩鍋2中，然后，以相當于20重量％MG-Si的量將二氧化硅粉末、硅酸鋰粉末和硅酸鈣粉末混合，并將之放置在坩鍋2中。將二氧化硅粉末、硅酸鋰粉末和硅酸鈣粉末轉化成二氧化硅∶氧化鋰∶氧化鈣＝67∶16∶17(質量比)，并將之混合。接著，將熔爐1的內部設置為0.10Mpa的Ar氣氛，并使用電磁感應加熱裝置3加熱坩鍋2，從而熔化MG-Si，并將之保持在1550℃。為了在處理前測量硼含量，提取約20g的熔化硅8，將其中5g用來測量。
作為精制氣體，使用這樣一種氣體，其中相對于由Ar和氫的混合氣體(氫的體積百分比為4％)組成的載氣，混合有60體積％的水蒸汽。以14L/min的流速將精制氣體引入氣體吹入管4中。通過提升和降低裝置，降低氣體吹入管4，從而將攪拌部分5放置在熔化硅8的下部。當將精制氣體由攪拌部分5的氣體吹出部分6吹入到熔化硅8中時，通過旋轉裝置以400rpm旋轉氣體吹入管4，從而進行40分鐘的精制過程。
此后，停止水蒸汽同精制氣體的混合，并將作為處理氣體的、Ar和氫的混合氣體(氫的體積百分比為10％)以10L/min的流速，自攪拌部分5吹入到熔化硅8中達20分鐘。此持，酌情調節流入到熔爐1中的大氣流動速度，從而使熔爐1中氫的濃度低于爆炸極限(4體積％-75體積％)的下限。在進行處理氣體吹入過程達20分鐘后，提取約20g的熔化硅8，將其中5g用來測量硼濃度。前述操作構成一個循環。將該循環重復3次。因此，精制氣體的總吹入時間為120分鐘，且總處理氣體吹入時間為60分鐘。精制氣體吹入前、精制氣體吹入后累計40分鐘、80分鐘以及120分鐘的硼濃度測量結果如圖3所示。結果，當精制氣體的吹入時間越長時，硼濃度持續降低，硼的去除得以實現，而未在精制過程期間降低硼的去除速度。
(第二實施例)除了為了闡明氫在處理氣體中的作用而使用僅含有Ar的處理氣體之外，以類似第一實施例的方式進行精制過程。結果示于圖3。如圖3所示，在該未將氫添加到處理氣體的實施例中，盡管同第一實施例相比，硼的濃度略高，但是仍可有效地進行硼的去除，而未降低硼的去除速度。
(第三實施例)在本實施例中，除了改變精制添加劑的成分外，以類似第一實施例的方式進行精制過程。作為精制添加劑，將二氧化硅粉末和硅酸鋰粉末轉化為二氧化硅∶氧化鋰＝80∶20(質量比)并將之混合。結果示于圖3。如圖3所示，同第一實施例相比，硼的濃度略高。如下設想其中原因。同第一實施例相比，由于二氧化硅∶氧化鋰＝80∶20(本實施例)的精制添加劑的比重輕于二氧化硅∶氧化鋰∶氧化鈣＝67∶16∶17的精制添加劑(第一實施例)，所以熔渣易于漂浮在熔體表面上，且氧化硼的蒸發去除速度降低。但是，通過進行處理氣體吹入過程，可有效地實現硼的去除，而未降低硼的去除速度。
(第四實施例)在本實施例中，除了改變精制添加劑的成分外，以類似第一實施例的方式進行精制過程。作為精制添加劑，將二氧化硅粉末和硅酸鈣粉末轉化為二氧化硅∶氧化鈣＝45∶55(質量比)并將之混合。結果示于圖3。如圖3所示，同第一至第三實施例相比，硼的濃度高很多，且精制添加劑中的主要成分為氧化鈣(本實施例)。但是，通過進行處理氣體吹入過程，可有效地實現硼的去除，而未降低硼的去除速度。
基于本實施例與第一至第三實施例的比較，發現含有更多二氧化硅成分(即酸性氧化物，如在第一至第三實施例中使用的一樣)的精制添加劑可更有效地去除硼。在本實施例中，精制氣體吹入過程之前的原始硼濃度低于其它實施例。如下設想其原因。由于本實施例的精制添加劑堿性高(強堿的)，所以吸收強酸性的硼氧化物并使之分散在熔渣中。
(第五實施例)
在本實施例中，除了不使用精制添加劑以外，以類似第一實施例的方式進行精制過程。結果示于圖3。在本實施例中，不使用添加劑，同時在硅熔體表面上產生的二氧化硅的量很小，觀察到其形成很薄的、覆蓋熔體表面的涂層薄膜。此外，如圖3所示，同第一至第四實施例相比，在未使用添加劑的本實施例中，硼濃度更高。但是，通過進行處理氣體吹入過程，可去除所產生的、涂層薄膜狀的二氧化硅，且可有效地實現硼的去除，而未降低硼的去除速度。
(對比例)在本對比例中，除了不吹入處理氣體以外，以類似第一實施例的方式進行精制過程。結果示于圖3。如圖3所示，同第一至第四實施例相比，發現本對比例的硼濃度更高，且隨著精制氣體吹入時間的累計，硼的去除速度逐漸降低。
應該理解的是此處公開的實施例是說明性的，且無論從哪一方面來看都是非限制性的。本發明范圍由權利要求的條款，而不是上述說明書確定，且其包括等同于該權利要求條款的內涵和范圍內的任何變化。
工業實用性根據本發明，可從熔化硅中有效地去除雜質，并可提供用于太陽能電池的廉價硅原材料。
權利要求
1.一種用于精制含有雜質元素的熔化硅(8)的方法，其包括步驟使精制氣體與所述熔化硅(8)接觸，該精制氣體含有與所述雜質元素反應的成分，從而從所述熔化硅(8)中去除含有所述雜質元素的產物；以及使處理氣體與所述熔化硅(8)接觸，該氣體同所述熔化硅(8)具有很小的反應活性，從而去除由所述熔化硅(8)與所述精制氣體反應產生的產物。
2.根據權利要求1用于精制硅的方法，其中所述精制氣體包括氧化性氣體。
3.根據權利要求1用于精制硅的方法，其中所述處理氣體包括惰性氣體。
4.根據權利要求1用于精制硅的方法，其中所述處理氣體包括還原性氣體。
5.根據權利要求1用于精制硅的方法，其中將含有酸性氧化物作為主要成分的精制添加劑添加到所述熔化硅中。
6.一種用于精制含有雜質元素的熔化硅(8)的方法，其包括步驟使精制氣體與所述熔化硅(8)接觸，該精制氣體含有與所述雜質元素反應的成分，從而從所述熔化硅(8)中去除含有所述雜質元素的產物；以及同時地，使處理氣體與所述熔化硅(8)接觸，該氣體同所述熔化硅(8)具有很小的反應活性，從而去除由所述熔化硅(8)與所述精制氣體反應產生的產物。
7.根據權利要求6用于精制硅的方法，其中所述精制氣體包括氧化性氣體。
8.根據權利要求6用于精制硅的方法，其中所述處理氣體包括惰性氣體。
9.根據權利要求6用于精制硅的方法，其中所述處理氣體包括還原性氣體。
10.根據權利要求6用于精制硅的方法，其中將含有酸性氧化物作為主要成分的精制添加劑添加到所述熔化硅中。
11.通過根據權利要求1的方法精制的硅。
12.通過根據權利要求6的方法精制的硅。
全文摘要
本發明涉及一種用于精制含有雜質元素的熔化硅(8)的方法，以便有效地精制硅而不降低精制速度，可以低成本提供用于太陽能電池的硅。根據本發明的一個方面，該方法包括使純化氣體與該熔化硅(8)接觸，從而從該熔化硅(8)中去除含有該雜質元素的產物的步驟，該純化氣體含有同該雜質元素反應的成分，以及使處理氣體與該熔化硅(8)接觸，該處理氣體同該熔化硅(8)具有很低水平的反應活性，從而去除該熔化硅(8)與該純化氣體之間反應的產物。
文檔編號C01B33/00GK1984842SQ20058002374
公開日2007年6月20日 申請日期2005年7月7日 優先權日2004年7月13日
發明者福山稔章, 和田健司 申請人:夏普株式會社