一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法

本发明涉及硅的资源再生，尤其涉及一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法。

背景技术：

1、在抑制碳排放的背景下，全球光伏产业蓬勃发展。然而其核心材料太阳能电池硅片在生产过程中，会有三分之一高纯硅以硅切割废料(金刚石线切割浆)的形式损失并被浪费，如何处置体量庞大的硅切割废料已成为现阶段光伏产业面临的巨大挑战。

2、目前针对硅切割废料的火法综合回收技术有等离子体熔炼、激光造粒技术等，其回收流程简单、对挥发性杂质去除效率高、适合工业规模化应用。然而，其针对硅切割废料夹层及孔洞中的杂质去除效率有限，并且对包覆在硅切割废料表面的氧化层也难以处理。

3、因此，如何提高硅切割废料夹层及孔洞中的杂质的去除效率以及如何去除硅切割废料表面的氧化层是本领域亟待解决的难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，以解决现有方法对硅切割废料夹层及孔洞中的杂质去除效率有限，并且针对包覆在硅切割废料表面的氧化层难以处理的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，包括如下步骤：

4、1)采用金属纳米颗粒辅助刻蚀硅粉，得到多孔硅粉；

5、2)将步骤1)得到的多孔硅粉进行酸洗处理，得到多孔高纯硅粉；

6、3)将步骤2)得到的多孔高纯硅粉进行真空定向凝固，获得拉单晶用高纯硅。

7、优选的，所述步骤1)中的硅粉包括研磨后的硅切割废料；所述硅粉的粒径为0.1～10μm。

8、优选的，所述步骤1)中的金属纳米颗粒辅助刻蚀包括金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀。

9、优选的，所述金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀在同一个反应体系中同时进行。

10、优选的，反应体系为hf和金属盐的混合溶液，金属盐为铜盐和/或银盐；

11、其中，混合溶液中hf的浓度为0.1～30mol/l；金属盐的浓度为0.001～5mol/l；所述金属纳米颗粒辅助刻蚀的刻蚀时间为0.1～48h。

12、优选的，所述金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀分开进行。

13、优选的，所述金属纳米粒子沉积包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积、电子束激发沉积、电化学沉积、无电沉积中的一种或几种；沉积的金属粒子为ag和/或cu纳米颗粒，纳米颗粒的粒径为1～1000nm；

14、所述硅粉刻蚀的反应体系为hf和氧化剂的混合溶液，其中，混合溶液中hf的浓度为0.1～30mol/l，氧化剂的浓度为0.01～30mol/l，所述金属纳米颗粒辅助刻蚀的刻蚀时间为0.1～48h；氧化剂包括h2o2、hno3、fe(no3)3、kmno4、kbro3、k2cr2o7和na2s2o8中的一种或几种。

15、优选的，步骤2)中的酸洗处理中酸液与硅粉的体积比≥3。

16、优选的，所述酸液包括盐酸、硫酸、硝酸、王水、氢氟酸、醋酸中的一种或几种，所述酸液的质量浓度为0.1～30wt.％。

17、优选的，所述步骤3)中真空定向凝固的温度为1400～1600℃，真空定向凝固的真空度为10-3～10pa，真空定向凝固的时间为1～30h。

18、本发明中，在金属纳米粒子的催化作用下，在硅与金属纳米粒子之间形成原电池反应，溶液中具有高氧化还原电位的氧化物种通过金属纳米粒子将空穴注入到硅的价带，同时自身被还原，随即引起与金属纳米粒子底部接触的硅被氧化，硅氧化所提供的电子又进一步促进氧化物种的还原，从而在硅的表面形成了一个自发的电化学反应。氧化还原反应的持续进行将引起纳米粒子底部硅基底的不断氧化，氧化的硅在hf的作用下溶解，导致金属纳米粒子不断下陷，从而在硅料中钻出大量纳米孔道。

19、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、(1)本发明创新性的提出通过金属纳米颗粒辅助刻蚀法在硅粉(包括硅切割废料)内部构造多孔结构，使内部的杂质充分暴露，便于后续充分酸浸和真空定向凝固除杂；

21、(2)本发明通过真空定向凝固，可以有效使硅粉夹层中的残留杂质得到深度去除，减少工艺流程的同时并获得拉单晶用6n级高纯硅；

22、(3)本发明是一种低成本、高效率、短流程的硅粉综合利用回收方法，该方法克服了传统火法熔炼中二次氧化等问题，实用性强、适合工业的规模化应用。

技术特征：

1.一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述步骤1)中的硅粉包括研磨后的硅切割废料；所述硅粉的粒径为0.1～10μm。

3.根据权利要求2所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述步骤1)中的金属纳米颗粒辅助刻蚀包括金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀。

4.根据权利要求3所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀在同一个反应体系中同时进行。

5.根据权利要求4所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述反应体系为hf和金属盐的混合溶液，金属盐为铜盐和/或银盐；

6.根据权利要求3所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述金属纳米粒子沉积和硅粉刻蚀分开进行。

7.根据权利要求6所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述金属纳米粒子沉积包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积、电子束激发沉积、电化学沉积、无电沉积中的一种或几种；沉积的金属粒子为ag和/或cu纳米颗粒，纳米颗粒的粒径为1～1000nm；

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，步骤2)中的酸洗处理中酸液与硅粉的体积比≥3。

9.根据权利要求8所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述酸液包括盐酸、硫酸、硝酸、王水、氢氟酸、醋酸中的一种或几种，所述酸液的质量浓度为0.1～30wt.％。

10.根据权利要求9所述的一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法，其特征在于，所述步骤3)中真空定向凝固的温度为1400～1600℃，真空定向凝固的真空度为10-3～10pa，真空定向凝固的时间为1～30h。

技术总结本发明属于硅的资源再生技术领域，具体公开了一种利用硅粉制备拉单晶用高纯硅的方法。本发明先采用金属纳米颗粒辅助刻蚀硅粉，得到多孔硅粉；然后将得到的多孔硅粉进行酸洗处理，得到多孔高纯硅粉；再将得到的多孔高纯硅粉进行真空定向凝固，获得拉单晶用高纯硅。本发明创新性的提出通过金属纳米颗粒辅助刻蚀法在硅切割废料内部构造多孔结构，使内部的杂质充分暴露，便于后续充分除杂；通过真空定向凝固，可以有效使夹层中的残留杂质得到深度去除，减少工艺流程的同时并获得拉单晶用高纯硅；克服了传统火法熔炼中二次氧化等问题，实用性强、适合工业的规模化应用。技术研发人员：李祖宇,席风硕,马文会,李绍元,赵丽萍,牛研捷,魏奎先,伍继君,陈正杰受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29