[发明专利]用于制备高纯多晶硅的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备，特别涉及一种用于制备高纯多晶硅的装置。

背景技术

太阳电池作为新兴的清洁可再生能源，因具有直接将太阳能转换为电能，且寿命长、维护简单、可实现无人值守等优势而备受瞩目。太阳能电源系统取得了越来越广泛的应用。

晶体硅太阳能电池的迅猛发展，极大地刺激了多晶硅的市场需求，导致多晶硅价格的不断攀升，市场上一度出现多晶硅紧张难求的状态。我国的多晶硅供货存在严重的缺口，95％以上依靠进口。多晶硅市场售价的上扬严重危及到我国多晶硅下游产业的正常运营，已经成为制约我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈。因此，提高高纯多晶硅的国内产量已迫在眉睫。

国际上较流行的高纯多晶硅的制备方法是由德国西门子(Siemens)公司于1954年发明的西门子法，后经改良成为改良西门子法，即闭环式三氯氢硅氢还原法。此种方法采用三氯氢硅和高纯氢气作为原料，通过高温还原反应，制备不同纯度多晶硅产品。此种方法可减少工艺物料的消耗重点部位即提高硅烷中SiHCl₃含量、减少氯硅烷的冷凝损失、减少氢还原工序中尾气中硅烷的深冷回收损失以及提高还原综合回收率。但此方法耗能巨大，生产设备要求高、工艺复杂，建厂投资巨大，不适合我国当前国情。因此，开发新的高纯多晶硅提纯工艺成为解决我国信息产业和光伏产业发展的瓶颈问题的必然选择。

金属还原法制备多晶硅工艺作为一种能耗小、污染少的工艺路线，早在上世纪50、60年代就被开发出来，但因当时技术的局限，所制备的多晶硅纯度大多在4N左右。专利CN1962434A、US4188368和US4239740都对金属还原法进行了一定意义上的改进，但其多采用了等离子体激发、电弧加热等特殊工艺，一定程度上提高了对生产设备的要求和设备的能耗。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种新型的用于制备高纯多晶硅的装置。

本发明的目的是这样实现的：一种用于制备高纯多晶硅的装置，包括通过管道顺序相连的金属蒸发炉、还原反应炉和尾气收集炉，在金属蒸发炉上设有氮气的进气口，在还原反应炉上设有以氮气作为载气的SiCl₄蒸汽的进气口，在尾气收集炉上设有出气口。

在连接金属蒸发炉和还原反应炉的管道上还设有辅助氮气的进气口。

本发明用于制备高纯多晶硅的装置由金属蒸发炉、还原反应炉和尾气收集炉构成，各设备独立运行，可增加原材料的利用率，降低成本，减少对环境的污染。利用本发明所涉及的设备，可实现用金属还原SiCl₄，得到6N级高纯多晶硅。

附图说明

图1是本发明用于制备高纯多晶硅的装置的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明用于制备高纯多晶硅的装置，包括金属蒸发炉1、还原反应炉2和尾气收集炉3，金属蒸发炉1和还原反应炉2之间通过管道8相连，还原反应炉2和尾气收集炉3之间通过管道9相连。

金属蒸发炉1的作用是提供金属蒸汽，其内壁采用高纯石英制成，在金属蒸发炉1上设有氮气进气口4，该氮气进气口4与高纯N₂气路相连接。

在还原反应炉2上设有以氮气作为载气的SiCl₄蒸汽的进气口6，还原反应炉2内置有高纯石英坩埚，炉内反应温度控制在1000-1500℃。由N₂气载入的SiCl₄和金属蒸汽在炉内发生还原反应，生成多晶硅。

在尾气收集炉3上设有出气口7。未反应的金属和反应生成产物金属氯化物收集在该收集炉3中，出气口7与冷凝器相连，用于回收未反应的SiCl₄。

连接管道8和9均为带有保温层的石英管。

在连接金属蒸发炉1和还原反应炉2的管道8上还设有辅助氮气的进气口5，用于与高纯N₂气路相连接，起保护作用。

本发明在用于制备高纯多晶硅时，首先将装有一定量的高纯金属的高纯石英坩埚放入金属蒸发炉1内，将氮气通过进气口4引入金属蒸发炉1，携带金属蒸汽通过连接管8进入还原反应炉2。SiCl₄由N₂通过进气口6携带进入还原反应炉2，并与金属蒸汽在还原反应炉2中发生还原反应，反应产物多晶硅留在还原反应炉2中。剩余的反应气体及反应金属盐类气体通过连接管9引入尾气收集炉3，未反应的SiCl₄从出气口7引入冷凝炉。当生成的单质硅达到一定量时，降温，取出硅产品。还原反应炉的温度决定生成的硅的形状可为粉末状、针状或块状颗粒。进气口5为辅助N₂入口，起保护作用。