[發明專利]制備多晶硅的設備

有效

• 申請號: 201310373759.X
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103449440A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 萬燁;張升學;嚴大洲;毋克力;肖榮輝;湯傳斌;楊永亮
• 申請（專利權）人: 中國恩菲工程技術有限公司
• 主分類號: C01B33/03
• 分類號: C01B33/03
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋合成

技術領域

本發明涉及光伏產業技術領域，具體地，涉及制備多晶硅的設備。

背景技術

太陽能作為一種可再生清潔能源受到了全球的重視，利用太陽能資源來發電的技術已經被認為是當今全球最有發展前景的新能源技術。因而，以太陽能發電技術為核心的光伏產業在21世紀初得到了迅猛的發展。多晶硅作為光伏產業的主要原材料，隨著光伏行業的快速發展，其需求大幅增加。

然而，現階段多晶硅的制備工藝及設備仍有待改進。

發明內容

本發明是基于發明人的下列發現而完成的：

目前已報道的多晶硅生產工藝較多，主要有改良西門子法、硅烷法、冶金法等生產工藝。其中，改良西門子法多晶硅生產工藝是目前生產多晶硅的主流工藝，全球80%左右均采用該工藝。該工藝以三氯氫硅為主要原料，在1000-1100℃的高溫作用下，在CVD還原爐內與氫氣發生還原反應，生成的高純多晶硅沉積在硅芯表面，產出棒狀多晶硅，該工藝生產多晶硅所需的最低還原電耗為40KWh/kgSi，生產成本為15美元/kgSi。然而，隨著多晶硅產能的擴大，行業競爭激烈，多晶硅價格大幅下跌，改良西門子法的生產成本下降空間有限。硅烷法多晶硅生產工藝近幾年發展較快，其主要源于美國UCC公司的新硅烷法，該方法具有很多改良西門子法無法比擬的優點，諸如硅烷熱分解溫度較低、耗電少、硅烷容易提純、產品純度高、原料消耗低等，是一種有發展前景的新工藝。然而，在新硅烷法生產工藝中，三氯氫硅兩步歧化產生硅烷氣，歧化效率較低，產生中間產物二氯二氫硅需要進一步提純分離，分離難度較大。因而，尋求一種成本低、耗能少的電子級多晶硅生產方法勢在必行。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種用于制備低成本節能型生產電子級多晶硅的設備。

根據本發明的一個方面，本發明提出了一種用于制備多晶硅的設備。根據本發明的實施例，該設備包括：

氯氫化合成反應裝置，所述氯氫化合成反應裝置用于使硅粉、氫氣以及選自氯化氫與四氯化硅的至少一種發生氯氫化合成反應，以便獲得包含三氯氫硅的氯氫化合成反應產物；

第一精餾純化裝置，所述第一精餾純化裝置與所述氯氫化合成反應裝置相連，用于對所述包含三氯氫硅的氯氫化合成反應產物進行第一精餾純化處理，以便獲得三氯氫硅和第一精餾殘液；

歧化反應裝置，所述歧化反應裝置與所述第一精餾純化裝置相連，用于使所述三氯氫硅發生歧化反應，以便獲得包含四氯化硅和硅烷的歧化反應產物；

第二精餾純化裝置，所述第二精餾純化裝置與所述歧化反應裝置相連，用于對所述歧化反應產物進行第二精餾純化處理，以便獲得硅烷氣體和四氯化硅；以及

熱解反應裝置，所述熱解反應裝置與所述第二精餾純化裝置相連，用于使所述硅烷氣體發生熱解反應，以便獲得多晶硅。

發明人驚奇地發現，利用該設備能夠有效地制備獲得電子級多晶硅，并且該設備涉及的工藝簡單、安全、節能環保、成本低，且生產的多晶硅純度高，產生的尾氣和廢渣能夠達到環保要求，為電子級多晶硅清潔生產工藝。

另外，根據本發明上述實施例的用于制備多晶硅的設備還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的實施例，所述氯氫化合成反應裝置中設置有鎳基催化劑或銅基催化劑，以便在存在鎳基催化劑或銅基催化劑時，使包含四氯化硅和氫氣的氣體混合物與硅粉接觸，發生所述氯氫化合成反應。由此，能夠有效提高氯氫化合成反應的效率，有利于后續步驟進行。

根據本發明的實施例，所述包含四氯化硅和氫氣的氣體混合物中，四氯化硅和氫氣的摩爾比為1:2～5。由此，氯氫化合成反應的效率顯著提高，有利于后續步驟進行。

根據本發明的實施例，所述氯氫化合成反應是在500～550攝氏度的溫度下進行的。

根據本發明的實施例，所述氯氫化合成反應是在500～550攝氏度，1.5～3.5MPa的條件下進行的。由此，氯氫化合成反應的效率高，有利于后續步驟進行。

根據本發明的實施例，所述四氯化硅的至少一部分來源于所述歧化反應裝置。由此，即將歧化反應產物中的四氯化硅進行了循環利用，從而能夠實現節能環保，降低成本的目的。

根據本發明的實施例，所述第二精餾純化裝置與所述氯氫化合成裝置相連，以便將所述第二精餾純化裝置中獲得的四氯化硅用于所述氯氫化合成反應。由此，將第二精餾純化裝置產物中的四氯化硅進行了循環利用，從而能夠實現節能環保，降低成本的目的。