电解精炼-液态阴极原位定向凝固制备高纯单晶硅的方法

摘要

本发明涉及电解精炼-液态阴极原位定向凝固制备高纯单晶硅的方法。本发明以熔融含硅合金作为电解槽的阳极，氟化物电解质置于中间层，熔融高纯硅置于最上层作为阴极，电解槽自下而上构成“熔融硅合金--熔融电解质--熔融高纯硅”三层液态电解池，随后采用恒电流电解精炼，在电解精炼过程中将阴极液态高纯硅原位提拉定向凝固进一步纯化，并直接将其制备为高纯单晶硅。多晶硅以液态形式沉出，解决了熔盐电解法制备太阳能级多晶硅的过程中，硅以固态形式沉积出来时，产物易枝晶化，导电性差，阴极固-液界面不稳定，沉积速度慢，且电流效率较低的问题；缩短了单晶硅的制备流程，又可以降低太阳能多晶硅及单晶硅电池的制造成本。

主权项

电解精炼‑液态阴极原位定向凝固制备高纯单晶硅的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1.阳极含硅合金的熔配：采用密度大于硅，且比硅电负性大的金属与冶金级硅或者工业多晶硅线切割废料按1:3‑3:1比例混合，熔融后作为阳极，备用；步骤2.电解质的熔配：电解质体系采用氟化物与含有硅化合物的混合物，熔融后作为电解质体系，备用；其中，含有硅化合物含量为1wt%‑20wt%，所述氟化物为NaF, KF, MgF2, CaF2, BaF2, SrF2中的至少一种；所述含硅化合物为SiO2, Li2SiF6, Na2SiF6, K2SiF6, ZnSiF6, CaSiF6, BaSiF6, SrSiF6, Li2SiO3, Na2SiO3, K2SiO3, CaSiO3, MgSiO3, BaSiO3中的至少一种；步骤3.阴极初始原料为纯度6N以上液态高纯硅；步骤4.将步骤（1）中的熔融硅合金置于电解槽底部作为阳极，步骤（2）中的熔融电解质置于中间层，电解质的厚度为3~30cm，步骤（3）中熔融高纯硅置于最上层作为阴极，电解槽自下而上为“熔融硅合金‑‑熔融电解质‑‑熔融高纯硅”三层液态电解池，电解槽整体处于密封惰性气氛，在温度为1450℃‑1650℃下，进行恒电流电解精炼，电流密度为5mA/cm2‑2000mA/cm2，电解过程中阳极区可直接加料，保证电解连续进行；步骤5.在阴极集流体上安装籽晶，进行定向凝固拉升，拉升过程中缓慢旋转，最终生长出圆柱形的单晶硅。