[实用新型]一种多晶硅提纯用喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型涉及冶金领域，具体涉及一种多晶硅提纯用吹气喷嘴。

背景技术

太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是绿色能源。1954年美国贝尔实验室研制出了世界第一块实用半导体太阳能电池。近半个世纪以来，人们为太阳能电池的研究付出了巨大的努力。多晶硅是制备太阳能电池的基础材料，是全球电子工业及光伏产业的基石。它是由硅纯度较低的冶金级硅提纯而来，按照硅的纯度大致可分为太阳能级硅(6N)和电子级硅(11N)。过去太阳能电池的硅材料主要来自电子级硅的等外品以及单晶硅头尾料、埚底料等，年供应量很小。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅的需求量迅速增长，2008年太阳能级多晶硅的需求量已超过电子级多晶硅。

目前，各多晶硅生产厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同。总的来说，国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中，太阳能级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主。简述如下：

改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法

改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

硅烷法——硅烷热分解法

硅烷(SiH₄)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。但美国Asimi和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。

流化床法

如西门子法合成SiHCl₃后，将SiHCl₃通过歧化反应生成二氯氢硅。该二氯氢硅再经过歧化反应生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，从而电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性大。其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。

中国专利(96198989.0)公开了一种由金属硅或氧化硅作为起始原料，通过一系列的连续工序进行流水作业，廉价而且大量地生产作为制品的多晶硅和使用该多晶硅制造基片的方法，包括将金属硅在减压下精炼，进而为了从熔体中除去杂质而进行凝固，获得硅块；切除杂质；将剩余部分再熔化，然后在氧化性气氛中将硼和碳从熔体中氧化除去，接着吹入氩气或氩和氢的混合气以进行脱氧；将上述脱氧后的熔体铸入铸模中进行定向凝固，获得铸块；把通过定向凝固获得的铸块中的杂质浓集部分切除。该技术使用了造渣剂和氧气结合的方法去除了金属硅中含有的碳，但是对于硼等金属杂质去除效果不好，影响了产业化。另外，采用的电子束设备价格昂贵，不利于产业化推广。

熔硅法制备太阳能级多晶硅，需要向熔硅内部通入特种气体，以氧化、卤化硅中硼等杂质。本实用新型涉及向熔硅通气用喷嘴。由于对喷嘴耐高温(1800～2000℃)、耐腐蚀及高纯度的苛刻要求，决定该喷嘴材料不能用金属或合金材料来制造，陶瓷材料不易达到高纯。碳素材料及其化合物自然首当其选。在此基础上考虑加工制作的容易和成本低的要求，该喷嘴应能反复使用。

本实用新型设计人经过长期实践研制了一种制备太阳能级多晶硅提纯用喷嘴，具有耐高温、耐腐蚀和成本低以及能反复使用等优点。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能级多晶硅提纯用吹气喷嘴，具有耐高温、成本低和反复使用等优势。采用本实用新型喷嘴可以使提纯多晶硅的过程变得非常简单，且操作方便，由于采用了特殊的材料和孔型设计，因而保证了所述喷嘴既耐高温，又可以精确地控制喷气的压力、流量和吹入方向。为气体与熔硅中的杂质充分反应提供了可靠的保证。

本实用新型一种多晶硅提纯用吹气喷嘴，它由管体1、接管2和锁母3三部分组成，其中一端连接喷嘴，另一端连接通气软管；接管2和锁母3通过罗纹进行连接。当喷嘴和软管固定后，将锁母4锁紧，接头便可以严密而不漏气。