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1、10申请公布号CN104195636A43申请公布日20141210CN104195636A21申请号201410440919222申请日20140901C30B29/06200601C30B28/0620060171申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市高新园区凌工路2号72发明人姜大川李鹏廷王登科石爽薛冰74专利代理机构大连东方专利代理有限责任公司21212代理人赵淑梅李馨54发明名称一种冶金法快速制备硼母合金的方法57摘要本发明涉及一种冶金法快速制备硼母合金的方法，属于硼母合金制备领域。一种制备硼母合金的方法，包括下述工艺步骤原料选择选择与目标硼母合金中硼元素浓度相同的工业硅原料。
2、，且该工业硅中原料中金属元素浓度的总和不高于1000PPMW；磷杂质去除利用电子束熔炼法去除步骤所述物料中的磷；硼母合金锭制备以步骤所得物料为原料，利用铸锭方法制备硼母合金锭。本发明根据换算公式，选择合适硼浓度和金属浓度的工业硅，直接利用硅中的硼元素制备硼母合金，而无需掺杂高纯硼粉。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图1页10申请公布号CN104195636ACN104195636A1/1页21一种冶金法快速制备硼母合金的方法，包括下述工艺步骤原料选择选择与目标硼母合金中硼元素浓度相同的工业硅原料，且该工业硅。
3、中原料中金属元素浓度的总和不高于1000PPMW；磷杂质去除利用电子束熔炼法去除步骤所述物料中的磷；硼母合金锭制备以步骤所得物料为原料，利用铸锭方法制备硼母合金锭。2根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括纯度检测的步骤检测步骤所得硼母合金锭的纯度是否达到6N级以上；磷杂质的浓度小于01PPMW，金属元素杂质浓度总和小于01PPMW。3根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤中所述目标硼母合金中硼元素浓度按下述公式计算式中，为电阻率，CM；N为掺杂剂浓度，CM3。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤磷杂质去除步骤为将工业硅原料破碎成1530MM的小块，将1050KG原料。
4、等分置于坩埚3中，剩余原料等分装入电子束熔炼装置加料装置中；使电子束熔炼装置炉内的真空度小于5102PA，电子枪室真空度小于5103PA；电子枪设置高压为2535KW，高压预热510MIN后，关闭高压，设置电子枪束流为70200MA，束流预热510MIN，关闭电子枪束流；同时开启两个电子枪1的高压和束流，逐渐增大电子枪1的功率至50350KW，功率增大速率为515KW/MIN，直至坩埚3内的原料全部熔化；坩埚3内的原料全部熔化后，调整电子枪1的功率至35300KW，维持熔体表面温度14501600，熔炼1060MIN；开启坩埚3上的倾倒装置，使熔炼后的熔液倾倒至下方的水冷铜坩埚7中，两个坩埚3。
5、交替倾倒，间隔520MIN；将坩埚3中熔液倾倒后，将坩埚3翻转至水平后开启加料装置，每次加料525KG，重复上述步骤，直到加料装置中的原料全部处理完毕；关闭电子枪1，使硼母合金原料在水冷铜坩埚7中冷却60180MIN，上述电子束熔炼法所用熔炼装置包括炉体，所述炉体内设有两个电子枪1，所述电子枪下方设有坩埚3，坩埚3上方设有加料装置，加料装置的出料口设有用于控制加料口开启的阀门；所述坩埚3上设有倾倒装置，坩埚3下方设有一个水冷铜坩埚7。5根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤硼母合金锭制备步骤为将步骤所得物料装入铸锭设备的石英坩埚中，关闭仓门，使炉内真空度达到1102PA以下，开启加热器，。
6、使硅料的温度达到15001600，维持515H，硅料完全熔化；打开隔热笼以冷却DSBLOCK，维持2025H，保持温度14711521，长晶速度控制为125CM/H；关闭隔热笼，温度下降到退火温度13301370保温至少2H，最后随炉或通入氩气冷却210H。权利要求书CN104195636A1/4页3一种冶金法快速制备硼母合金的方法技术领域0001本发明涉及一种冶金法快速制备硼母合金的方法，属于硼母合金制备领域。背景技术0002光伏行业中所谓“母合金”就是杂质元素与硅的合金，主要是指硼硅合金，母合金的作用就是对原料进行掺杂，目的主要是用来改变硅熔体中施主杂质如磷或受主杂质如硼的杂质浓度，使其生。
7、长出的单晶或多晶电阻率达到规定的要求。0003传统的母合金生产制造方法都是由单晶炉或者多晶硅铸锭炉拉制而成的，选择的合成原料为6N级以上的高纯硅以及高纯硼粉，成本较高。一般是在制备出高纯的硅料之后，为了铸锭工艺的需要，刻意选择高纯原料制备出可以用在铸锭工艺中完成定量掺杂而制备出的，不但生产效率低下，而且整套工艺的实现是通过先除去硅中的杂质，再重新添加新的杂质完成的，消耗能源，不利于环保。发明内容0004本发明提供一种冶金法制备硼母合金的方法，该方法采用工业硅为原料，其中杂质硼元素的浓度符合GB/T133891992的计算结果，金属杂质总和浓度小于1000PPMW，利用冶金法生产线进行硼母合金的。
8、制备，利用电子束熔炼技术去除磷杂质，利用铸锭技术去除硅中金属杂质，同时生长成硼母合金锭的方法。特点是根据换算公式，选择合适硼浓度和金属浓度的工业硅，直接利用硅中的硼元素制备硼母合金，而无需掺杂高纯硼粉，制造成本节约30以上。0005一种制备硼母合金的方法，包括下述工艺步骤0006原料选择选择与目标硼母合金中硼元素浓度相同的工业硅原料，且该工业硅中原料中金属元素浓度的总和不高于1000PPMW；0007磷杂质去除利用电子束熔炼法去除步骤所述物料中的磷；0008硼母合金锭制备以步骤所得物料为原料，利用铸锭方法制备硼母合金锭。0009上述技术方案中，所述电子束熔炼法可于现有技术中公开的任何电子束熔炼。
9、装置中进行；所述铸锭方法可于现有技术中公开的任何合金铸锭设备中进行。0010本发明所述方法还包括纯度检测的步骤检测步骤所得硼母合金锭的纯度是否达到6N级以上，磷杂质的浓度小于01PPMW，金属元素杂质浓度总和小于01PPMW。将上述所得硼母合金锭进行纯度测定，当其纯度达到要求后即可进行开方切片。0011本发明所述开方切片可按下方式进行将硼母合金锭去除边皮后，开方，切成12CM的薄片，测量薄片电阻率，每00005CM一档分档，破碎、清洗、烘干、封装。0012本发明所述方法优选所述步骤中所述目标硼母合金中硼元素浓度按下述公式计算说明书CN104195636A2/4页400130014式中，为电阻率。
10、，CM；N为掺杂剂浓度，CM3。0015本发明所述方法优选所述步骤磷杂质去除步骤为将工业硅原料破碎成1530MM的小块，将1050KG原料等分置于坩埚中，剩余原料等分装入电子束熔炼装置加料装置中；使电子束熔炼装置炉内的真空度小于5102PA，电子枪室真空度小于5103PA；电子枪设置高压为2535KW，高压预热510MIN后，关闭高压，设置电子枪束流为70200MA，束流预热510MIN，关闭电子枪束流；同时开启两个电子枪的高压和束流，逐渐增大电子枪的功率至50350KW，功率增大速率为515KW/MIN，直至坩埚内的原料全部熔化；坩埚内的原料全部熔化后，调整电子枪的功率至35300KW，维持。
11、熔体表面温度14501600，熔炼1060MIN；开启坩埚上的倾倒装置，使熔炼后的熔液倾倒至下方的水冷铜坩埚中，两个坩埚交替倾倒，间隔520MIN；将坩埚中熔液倾倒后，将坩埚翻转至水平后开启加料装置，每次加料525KG，重复上述步骤，直到加料装置中的原料全部处理完毕；关闭电子枪，使硼母合金原料在水冷铜坩埚中冷却60180MIN，0016上述电子束熔炼法所用熔炼装置包括炉体，所述炉体内设有两个电子枪，所述电子枪下方设有坩埚，坩埚上方设有加料装置，加料装置的出料口设有用于控制加料口开启的阀门；所述坩埚上设有倾倒装置，坩埚下方设有一个水冷铜坩埚。0017本发明所述电子束熔炼装置所述加料装置优选为加料。
12、漏斗；所述设于加料装置上的阀门优选为翻板阀；所述坩埚上设置的倾倒装置为本领域的现有技术，本发明中优选，所述倾倒装置由旋转轴以及旋转轴连接至炉体外部的减速电机组成。0018本发明所述电子束熔炼装置还包括真空系统，用于控制炉体内的真空度，主要包括扩散泵、罗茨泵和机械泵。0019本发明所述电子束熔炼装置的电子枪与扩散泵相连，扩散泵与机械泵相连，用于控制电子枪的真空度，使电子枪的真空度达到电子枪工作所需的真空度，优选为5103PA。0020本发明所述方法优选所述步骤硼母合金锭制备步骤为将步骤所得物料装入铸锭设备的石英坩埚中，关闭仓门，使炉内真空度达到1102PA以下，开启加热器，使硅料的温度达到150。
13、01600，维持515H，硅料完全熔化；打开隔热笼以冷却DSBLOCK，维持2025H，保持温度14711521，长晶速度控制为125CM/H；关闭隔热笼，温度下降到退火温度13301370保温至少2H，最后随炉或通入氩气冷却210H。0021本发明的有益效果为本发明中制备硼母合金的方法，从工业硅原料开始，利用国标GB/T133891992掺硼掺磷硅单晶电阻率与掺杂剂浓度换算规程中掺杂剂浓度的计算公式，计算出硼母合金中硼杂质的浓度，选择适合硼浓度的工业硅，要求2N级以上，硅中金属元素总和要求小于1000PPMW，利用电子束技术去除硅中磷杂质，利用铸锭技术去除硅中金属杂质，同时生长成硼母合金锭的。
14、方法。传统的硼母合金制备方法为选择6N级以上硅原料，以及高纯硼原料，利用单晶硅炉或者多晶硅铸锭炉将混料熔融后，制备出硼母合金锭，成本较高，需要选用高纯原料进行制备；本发明从选料开始，选择含有合适杂质硼浓度以及金属元素综合浓度的工业硅，利用硅中本身含有的硼元素进行制备硼母合金，而无需采用高纯硅原料和硼原料进行制备。最后通过常用的冶金法制备多晶硅的设备和技术去除工业说明书CN104195636A3/4页5硅中的其它杂质，使硼母合金中的其它元素达到技术要求。附图说明0022图1为一种用于制备硼母合金的电子束熔炼装置的示意图，0023附图标记如下1、电子枪，2、加料漏斗，3、坩埚，4、机械泵，5、罗茨。
15、泵，6、扩散泵，7、水冷铜坩埚，8、翻板阀，9、旋转轴。具体实施方式0024下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。0025下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。0026下述实施例中所用定向凝固设备购自青岛隆盛晶硅科技有限公司，型号DPS650；电子束熔炼设备购自青岛隆盛晶硅科技有限公司，型号EBS500；铸锭设备购自GTSOLAR公司，型号为DSS450HP；所述工业硅原料的纯度为2N级，其中，原料中金属元素浓度的总和为1000PPMW。0027下述实施例所用电子束熔炼装置如图。
16、1所示，该装置包括炉体，所述炉体内设有两个电子枪1，所述电子枪1下方设有坩埚3，坩埚3开口的上方设有加料漏斗2，加料漏斗2的出料口设有用于控制加料口开启的翻板阀8；所述坩埚3上设有倾倒装置，坩埚3下方设有一个水冷铜坩埚7，所述水冷铜坩埚7的设置位置保证坩埚3倾倒时物料不外溅。所述倾倒装置由旋转轴9以及旋转轴9连接至炉体外部的减速电机组成。所述电子束熔炼装置还包括真空系统，用于控制炉体内的真空度，主要包括扩散泵6、罗茨泵5和机械泵4；所述电子束熔炼装置的电子枪1与扩散泵6相连，扩散泵6与机械泵4相连，用于控制电子枪的真空度。0028实施例10029原料选择目标硼母合金中硼元素浓度为008PPMW。
17、，选择与目标硼母合金中硼元素浓度相同的工业硅原料，所述目标硼母合金中硼元素浓度按下述公式计算得出00300031式中，为电阻率，CM；N为掺杂剂浓度，CM3。0032磷杂质去除将工业硅原料破碎成15MM的小块，将10KG原料等分置于坩埚3中，剩余原料等分装入电子束熔炼装置加料装置中；使电子束熔炼装置炉内的真空度小于5102PA，电子枪室真空度小于5103PA；电子枪设置高压为25KW，高压预热10MIN后，关闭高压，设置电子枪束流为70MA，束流预热10MIN，关闭电子枪束流；同时开启两个电子枪1的高压和束流，逐渐增大电子枪1的功率至50KW，功率增大速率为5KW/MIN，直至坩埚3内的原料全。
18、部熔化；坩埚3内的原料全部熔化后，调整电子枪1的功率至35KW，维持熔体表面温度1450，熔炼60MIN；开启坩埚3上的倾倒装置，使熔炼后的熔液倾倒至下方的水冷铜坩埚7中，两个坩埚3交替倾倒，间隔20MIN；将坩埚3中熔液倾倒后，将坩埚3翻转至水平说明书CN104195636A4/4页6后开启加料装置，每次加料5KG，重复上述步骤，直到加料装置中的原料全部处理完毕；关闭电子枪1，使硼母合金原料在水冷铜坩埚7中冷却60MIN。0033金属杂质去除将步骤所得物料装入铸锭设备的石英坩埚中，关闭仓门，使炉内真空度达到1102PA以下，开启加热器，使硅料的温度达到1500，维持15H，硅料完全熔化；打开。
19、隔热笼以冷却DSBLOCK，维持20H，保持温度1471，长晶速度控制为1CM/H；关闭隔热笼，温度下降到退火温度1330保温至少2H，最后随炉或通入氩气冷却2H。0034检测步骤所得硼母合金锭的纯度达到6N，磷杂质的浓度小于01PPMW，金属元素杂质浓度总和小于01PPMW，开方切片。0035实施例20036原料选择目标硼母合金中硼元素浓度为009PPMW，选择与目标硼母合金中硼元素浓度相同的工业硅原料，所述目标硼母合金中硼元素浓度按下述公式计算得出00370038式中，为电阻率，CM；N为掺杂剂浓度，CM3。0039磷杂质去除将工业硅原料破碎成30MM的小块，将50KG原料等分置于坩埚3中。
20、，剩余原料等分装入电子束熔炼装置加料装置中；使电子束熔炼装置炉内的真空度小于5102PA，电子枪室真空度小于5103PA；电子枪设置高压为35KW，高压预热5MIN后，关闭高压，设置电子枪束流为200MA，束流预热5MIN，关闭电子枪束流；同时开启两个电子枪1的高压和束流，逐渐增大电子枪1的功率至350KW，功率增大速率为15KW/MIN，直至坩埚3内的原料全部熔化；坩埚3内的原料全部熔化后，调整电子枪1的功率至300KW，维持熔体表面温度1600，熔炼10MIN；开启坩埚3上的倾倒装置，使熔炼后的熔液倾倒至下方的水冷铜坩埚7中，两个坩埚3交替倾倒，间隔5MIN；将坩埚3中熔液倾倒后，将坩埚3。
21、翻转至水平后开启加料装置，每次加料25KG，重复上述步骤，直到加料装置中的原料全部处理完毕；关闭电子枪1，使硼母合金原料在水冷铜坩埚7中冷却180MIN。0040金属杂质去除将步骤所得物料装入铸锭设备的石英坩埚中，关闭仓门，使炉内真空度达到1102PA以下，开启加热器，使硅料的温度达到1600，维持5H，硅料完全熔化；打开隔热笼以冷却DSBLOCK，维持25H，保持温度1521，长晶速度控制为25CM/H；关闭隔热笼，温度下降到退火温度1370保温至少2H，最后随炉或通入氩气冷却10H。0041检测步骤所得硼母合金锭的纯度达到6N，磷杂质的浓度小于01PPMW，金属元素杂质浓度总和小于01PPMW，开方切片。说明书CN104195636A1/1页7图1说明书附图CN104195636A。