專利名稱：一種太陽能級多晶硅的制備方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及太陽能級多晶硅的制備技術。
背景技術：
多晶硅是制造太陽能電池的基礎材料，以前沒有專門的太陽能級多晶硅生產線， 太陽能電池用硅是采用半導體工業生產廢棄的頭尾料、次品料及坩堝殘料，這些廢料純度 7N以上，可以滿足用于制造太陽電池。但數量很少，只能滿足少量電子產品的需要。進入 21世紀以來，隨著光伏產業的迅速崛起，對太陽能級多晶硅的需求呈級數增長。太陽能電池 市場急需能夠大規模生產太陽能級硅的工藝技術。 目前，國內外太陽能級多晶硅生產方法多是采用西門子法，雖然它在投資、成本、 環保等方面存在諸多問題。但還沒有一個能夠完全替代西門子法的技術來滿足目前光伏產 業對太陽能級多晶硅的需求。到目前為止，中國在建和已建西門子法項目數量近50家，規 模達到25萬噸，實現產能達15萬噸。國外一些西門子法多晶硅生產廠也在擴大生產規模。 西門子法生產多晶硅轉化率較低，生產1噸多晶硅要產生至少6噸四氯化硅廢棄物，有的工 廠達10-12噸。如何解決四氯化硅的污染問題已成為西門子法的技術難題。有的把四氯化 硅水解轉化為白炭黑，有的把它做成水晶材料，有的在系統中增加氫化裝置，力圖將其轉化 為三氯氫硅。 尋找新的適合于生產太陽能級多晶硅的生產方法已成為必然趨勢，其中以金屬鈉 或鋅為還原劑還原四氯化硅生產多晶硅方法就是其中一種。20世紀50年代美國杜邦公司 對鋅還原四氯化硅方法生產多晶硅進行了開發研究，由于這種方法滿足不了半導體工業對 多晶硅的質量要求而擱置。 中國專利CN1962434、CN101311346和CN1962434也公開了一種鋅還原四氯化硅制 備多晶硅的方法，其反應原理為
SiCl4+2Zn — Si+2ZnCl2 其中，專利CN1962434還原劑為電解鋅，純度^ 99.999%。以上專利均是以氣相 反應進行的，即鋅金屬氣體與四氯化硅氣體在1000-150(TC高溫下還原得到多晶硅的方法。 每生產1噸多晶硅需要4.7噸金屬鋅，而且要求鋅的純度大于7N，才能滿足還原出來的多晶 硅大于6N的目的。生產過程產生的氯化鋅作為副產物銷售，每生產1噸多晶硅將產出9. 7 噸氯化鋅，同時需要不斷補充新的電解鋅來作為還原劑。專利CN101311346到得的氯化鋅 純度在99. 9%或更高純度，反應物廢氣中金屬鋅和硅經過氯氣氯化處理，這樣勢必增加多 晶硅和鋅的損失。該類方法均是氣一氣反應，存在著反應物質量比難控制、能耗高、工藝復 雜以及設備腐蝕嚴重等問題。
發明內容
針對以上現有的技術問題，本發明提供一種太陽能級多晶硅的制備方法及裝置， 達到簡化工藝、降低能耗的目的。
本發明提出了一種以金屬鋅為還原劑、四氯化硅為原料，進行氣-液還原反應生 產太陽能多晶硅的新工藝，該方法可以西門子法生產的廢棄物四氯化硅為原料，也可采用 冶金級四氯化硅為原料，因此本工藝解決了西門子法生產太陽能多晶硅的四氯化硅排放問 題，同時該工藝是在較低的溫度下進行的氣液反應，因此具有生產成本低、工藝簡單等優 點。 本發明的工藝流程如圖1所示。將四氯化硅廢料(或冶金級四氯化硅)蒸餾提純 達到7N級，將電解得到的金屬鋅蒸餾提純到7N級。將還原劑儲備室和反應室溫度控制為 650 900°C 。將加熱熔化的液態鋅，經還原劑液體入口加入到還原劑儲備室的還原劑儲罐 中，液態鋅受重力作用進入反應噴嘴，7N級四氯化硅氣體由SiCh進氣管噴入反應噴嘴，液 態鋅和7N級四氯化硅氣體在650 90(TC溫度下發生氣液還原反應，如下式
SiCl4(g) +2Zn (1) — Si(s)+2ZnCl2(g) 為防止還原劑遇到SiCl4冷氣吸熱凝固，SiCl4在SiCl4準備系統被加熱到反應溫 度650 900°C。 反應生成粉狀的晶體硅和氣態的ZnC^，在噴吹作用下反應產物和未反應的還原 劑鋅被攜帶到反應室。未反應的還原劑與SiCl4輔助進氣管吹入的SiCl4充分反應，并帶動 反應室內氣體產生渦旋流動，使全部產物被帶入捕集器，在捕集器內被捕集的多晶硅產品 經由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中還含有少量的金屬鋅，將其放入真空蒸餾裝置 中蒸餾，鋅的沸點是907t:，在1100 137(TC溫度，0. 1 15Pa條件下蒸餾，可以將多晶硅 中的鋅蒸餾除去。經過蒸餾除鋅的多晶硅進入到定向凝固系統，在定向凝固爐中，將硅加熱 到1414 165(TC，然后定向凝固，經過定向凝固得到塊狀多晶硅，切掉頭部雜質部分得到 6N級太陽能多晶硅。 SiCl4和還原劑Zn完全反應的質量比是1.3 : 1，為了使還原劑完全反應，SiCl4 是過量的，比化學計量比過量5 60%。控制SiCl4氣體的壓力為0. 1 lMPa。
實際反應配比是由SiCh進氣管和SiCl4輔助進氣管內的壓力調節的。SiCh進氣 管和SiCl4輔助進氣管內的壓力由SiCl4準備系統控制。SiCl4氣體過量配比使得操作簡 單，易于控制，并能保證還原劑的完全反應。 從捕集器出來的廢氣主要是ZnCl2氣體和未參與反應的SiCl4氣體，ZnCl2的沸點 是732t:，熔點是283°C， SiCl4的沸點是57. 6°C ，熔點是_70°C ，將廢氣引入冷凝分離系統 中，將冷凝器溫度控制為350 650°C ，得到液態ZnCl2，然后進入蒸餾提純系統進行提純。 SiCl4氣體送SiCl4蒸餾提純系統返回再利用。 ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣，其中氯氣送到西門子法制備太陽能級 多晶硅工廠或硅氯化爐系統中作為制備SiCl4的原料，Zn經過蒸餾提純返回到SiCl4還原 系統繼續作為還原劑繼續使用。電解在玻璃內襯的電解槽中500 65(TC溫度下進行，電流 密度為:1500 5000A/m2，槽電壓4 IOV。
本發明的裝置由反應器和捕集器兩部分組成。 反應器由還原劑儲備室和反應室兩部分組成，還原劑儲罐置于還原劑儲備室中， 還原劑儲罐的材料可以是石英材料，也可以是碳化硅，或純度^ 99. 9%的高純石墨材料，還 原劑儲備室可以采用感應加熱，也可以采用電阻加熱。還原劑儲備室上部安裝有還原劑液 體入口，用于向還原劑儲罐中加料。反應室內設置有反應噴嘴，反應噴嘴與還原劑儲罐通過導管連通，SiCl4進氣管伸入到反應噴嘴內，SiCl4輔助進氣管與反應室連通。反應噴嘴、 SiCh進氣管和SiCl4輔助進氣管的材料是石英材料，也可以是碳化硅，或純度》99. 9%的 高純石墨材料。反應室設置有物料出口。
反應室物料出口通過導管與捕集器物料入口連通。 捕集器由一級捕集器和二級捕集器構成，每級捕集器均在上部設置有廢氣出口， 在側壁上端設置有物料入口 ，下部設置鎖氣閥和多晶硅出口 ，捕集器的筒體內襯一層防腐 耐高溫涂層，該防腐耐高溫涂層為搪玻璃或搪瓷材料，一級捕集器的廢氣出口與二級捕集 器的物料入口相連。 鎖氣閥選用的材料為不銹鋼316或316L材料。 從反應器出來的氣體以較高的速度經物料入口沿捕集器旋風筒的切線方向送入 捕集器，氣流由直線運動轉變為圓周運動，并同時分成上下兩股外旋流，向上的外旋流在捕 集器的頂部被頂蓋阻擋而返回，向下的外旋流在捕集器內形成自上而下的劇烈螺旋運動， 并產生離心力，將粉末狀的多晶硅與SiCl4和ZnCl2氣體分離，粉末狀的多晶硅在離心力的 作用下，拋向筒壁沿筒壁向下旋轉至捕集器下部的儲料斗內沉積。 捕集器設計成兩級，在二級捕集器中將一級捕集器沒有捕集的細微粉末多晶硅捕 集。 本發明與西門子法等方法相比具有以下優點和明顯的進步 1、以四氯化硅為原料在較低的還原溫度下實現還原劑與四氯化硅氣液反應生產 太陽能級多晶硅，本發明方法解決了西門子法生產的環保問題又得到了原料氯氣和產品多 晶硅，本發明方法在密閉系統中連續進行，實現了Zn和CL氣的循環利用，無廢棄物排放。 反應溫度低，自動化程度高，易于實現連續生產，生產效率高，質量穩定，易于實現工業化。
2、本發明方法以液態金屬Zn為還原劑，氣態四氯化硅為原料，在650 90(TC溫 度條件下進行氣液快速還原過程制備太陽能用多晶硅，反應產物為粉末的晶體硅和氣態 ZnClJ循環利用)。與西門子法相比該技術沒有四氯化硅廢棄物污染；與傳統的Zn還原四 氯化硅氣氣反應過程制備多晶硅相比，本發明具有反應速度快，反應物配比易控制，流程短 及反應過程易控制，能耗低等優點。 3、與西門子法等現有的制備太陽能多晶硅的工藝相比，本發明技術具有設備簡 單，操作方便等優點。 4、本發明方法主要原料是西門子法的廢棄的四氯化硅或冶金級四氯化硅經過蒸餾 提純得到的7N級的四氯化硅，具有生產成本低等優點，同時解決了西門子法的污染問題。
5、本發明的還原產物ZnCl2經蒸餾提純后進行電解，得到電解Zn和氯氣，電解槽 的電極是經過氯氣清洗的高純石墨電極。其中，金屬經蒸餾提純后返回到四氯化硅的還原 系統中循環利用；氯氣返回到氯化系統中循環利用，實現了金屬Zn和氯氣的循環使用。與 西門子法等現有制備太陽能多晶硅的工藝相比，本發明具有無污染、生產成本低等優點。
6、經計算可知，每生產lkg多晶硅需要消耗6.05kg SiCl4和4.66kg還原劑Zn，當 SiCl4和還原劑Zn純度大于等于7N時，可以保證還原得到的多晶硅純度大于等于6N。
圖1是本發明的太陽能級多晶硅的制備方法流程 圖2是本發明的裝置結構示意圖，圖中箭頭表示物料流動方向； 圖3是單級捕集器結構示意圖，上圖為主視圖，下圖為俯視圖，圖中箭頭表示物料
流動方向； 圖中l還原劑儲備室，2還原劑儲罐，3還原劑液體入口，4反應室，5SiCl4輔助進 氣管，6反應噴嘴，7SiCl4進氣管，8物料出口 ， 9廢氣出口 ， 10物料入口 ， 11 一級捕集器，12 鎖氣閥，13多晶硅出口， 14 二級捕集器，15防腐耐高溫涂層，16筒體。
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發明。 如附圖所示，本發明的裝置由反應器和捕集器兩部分組成，反應器由還原劑儲備 室和反應室兩部分組成，還原劑儲罐2置于還原劑儲備室1中，還原劑儲罐2的材料可以是 石英材料，也可以是碳化硅或高純石墨材料，還原劑儲備室1可以采用感應加熱，也可以采 用電阻加熱。還原劑儲備室1上部安裝有還原劑液體入口 3，用于向還原劑儲罐2中加料。 反應室4內設置有反應噴嘴6，反應噴嘴6與還原劑儲罐2通過導管連通，SiCl4進氣管7 伸入到反應噴嘴6內，SiCl4輔助進氣管5與反應室4連通。反應噴嘴6、SiCl4進氣管7和 SiCl4輔助進氣管5的材料是石英材料，也可以是碳化硅或高純石墨材料。反應室4設置有 物料出口 8。 反應室物料出口 8通過導管與捕集器物料入口 10連通。 捕集器由一級捕集器11和二級捕集器14構成，每級捕集器均在上部設置有廢氣
出口 9，在側壁上端設置有物料入口 IO，下部設置鎖氣閥12和多晶硅出口 13，捕集器的筒體
16內襯一層防腐耐高溫涂層15，該防腐耐高溫涂層為搪玻璃或搪瓷材料，一級捕集器11的
廢氣出口與二級捕集器14的物料入口相連。 鎖氣閥12選用的材料為不銹鋼316或316L材料。 實施例1 將四氯化硅廢料蒸餾提純達到7N級，將電解得到的金屬鋅蒸餾提純到7N級。將 還原劑儲備室和反應室溫度控制為7S(TC。將加熱熔化的液態鋅，經還原劑液體入口加入 到還原劑儲備室的還原劑儲罐中，液態鋅受重力作用進入反應噴嘴，7N級四氯化硅氣體由 SiCl4進氣管噴入反應噴嘴，液態鋅和7N級四氯化硅氣體在78(TC溫度下發生氣液還原反 應，如下式: SiCl4 (g) +2Zn (1) — Si (s) +2ZnCl2 (g) 為防止還原劑遇到SiCl4冷氣吸熱凝固，SiCl4在SiCl4準備系統被加熱到反應溫 度780°C。 反應生成粉狀的晶體硅和氣態的ZnCl2，在噴吹作用下反應產物和未反應的還原 劑鋅被攜帶到反應室。未反應的還原劑與SiCl4輔助進氣管吹入的SiCl4充分反應，并帶 動反應室內氣體產生渦旋流動，使全部產物被帶入捕集器，在捕集器內被捕集的多晶硅產 品經由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中還含有少量的金屬鋅，將其放入真空蒸餾裝 置中蒸餾，鋅的沸點是907t:，在120(TC溫度、8Pa條件下蒸餾，可以將多晶硅中的鋅蒸餾除 去。經過蒸餾除鋅的多晶硅進入到定向凝固系統，在定向凝固爐中，將硅加熱到150(TC，然 后定向凝固，經過定向凝固得到塊狀多晶硅，切掉頭部雜質部分得到6N級太陽能多晶硅。
SiCl4和還原劑Zn完全反應的質量比是1.3 : 1，為了使還原劑完全反應，SiCl4 是過量的，比化學計量比過量30%。控制SiCh氣體的壓力為0. 5MPa。
實際反應配比是由SiCh進氣管和SiCl4輔助進氣管內的壓力調節的。SiCh進氣 管和SiCl4輔助進氣管內的壓力由SiCl4準備系統控制。SiCl4氣體過量配比使得操作簡 單，易于控制，并能保證還原劑的完全反應。 從捕集器出來的廢氣主要是ZnCl2氣體和未參與反應的SiCl4氣體，ZnCl2的沸點 是732t:，熔點是283°C， SiCl4的沸點是57. 6°C ，熔點是_70°C ，將廢氣引入冷凝分離系統 中，將冷凝器溫度控制為500°C ，得到液態ZnCl2，然后進入蒸餾提純系統進行提純。SiCl4氣 體送SiCl4蒸餾提純系統返回再利用。 ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣，其中氯氣送到西門子法制備太陽能級 多晶硅工廠作為制備SiCl4的原料，Zn經過蒸餾提純返回到SiCl4還原系統繼續作為還原 劑繼續使用。電解在玻璃內襯的電解槽中58(TC溫度下進行，電流密度為3000A/m、槽電壓 7V。 從反應器出來的氣體以較高的速度經物料入口沿捕集器旋風筒的切線方向送入
捕集器，氣流由直線運動轉變為圓周運動，并同時分成上下兩股外旋流，向上的外旋流在捕
集器的頂部被頂蓋阻擋而返回，向下的外旋流在捕集器內形成自上而下的劇烈螺旋運動，
并產生離心力，將粉末狀的多晶硅與SiCl4和ZnCl2氣體分離，粉末狀的多晶硅在離心力的
作用下，拋向筒壁沿筒壁向下旋轉至捕集器下部的儲料斗內沉積。 實施例2 將冶金級四氯化硅蒸餾提純達到7N級，將電解得到的金屬鋅蒸餾提純到7N級。 將還原劑儲備室和反應室溫度控制為900°C。將加熱熔化的液態鋅，經還原劑液體入口加 入到還原劑儲備室的還原劑儲罐中，液態鋅受重力作用進入反應噴嘴，7N級四氯化硅氣體 由SiCl4進氣管噴入反應噴嘴，液態鋅和7N級四氯化硅氣體在90(TC溫度下發生氣液還原 反應，如下式 SiCl4(g) +2Zn (1) — Si(s)+2ZnCl2(g) 為防止還原劑遇到SiCl4冷氣吸熱凝固，SiCl4在SiCl4準備系統被加熱到反應溫 度900。C。 反應生成粉狀的晶體硅和氣態的ZnCl2，在噴吹作用下反應產物和未反應的還原 劑鋅被攜帶到反應室。未反應的還原劑與SiCl4輔助進氣管吹入的SiCl4充分反應，并帶動 反應室內氣體產生渦旋流動，使全部產物被帶入捕集器，在捕集器內被捕集的多晶硅產品 經由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中還含有少量的金屬鋅，將其放入真空蒸餾裝置 中蒸餾，鋅的沸點是907t:，在137(rC溫度，15Pa條件下蒸餾，可以將多晶硅中的鋅蒸餾除 去。經過蒸餾除鋅的多晶硅進入到定向凝固系統，在定向凝固爐中，將硅加熱到165(TC，然 后定向凝固，經過定向凝固得到塊狀多晶硅，切掉頭部雜質部分得到6N級太陽能多晶硅。
SiCl4和還原劑Zn完全反應的質量比是1.3 : 1，為了使還原劑完全反應，SiCl4 是過量的，比化學計量比過量60%。控制SiCl4氣體的壓力為lMPa。 實際反應配比是由SiCl4進氣管和SiCl4輔助進氣管內的壓力調節的。SiCh進氣 管和SiCl4輔助進氣管內的壓力由SiCl4準備系統控制。SiCl4氣體過量配比使得操作簡 單，易于控制，并能保證還原劑的完全反應。
從捕集器出來的廢氣主要是ZnCl2氣體和未參與反應的SiCl4氣體，ZnCl2的沸點 是732t:，熔點是283°C， SiCl4的沸點是57. 6°C ，熔點是_70°C ，將廢氣引入冷凝分離系統 中，將冷凝器溫度控制為650°C ，得到液態ZnCl2，然后進入蒸餾提純系統進行提純。SiCl4氣 體送SiCl4蒸餾提純系統返回再利用。 ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣，其中氯氣送到西門子法制備太陽能級 多晶硅工廠或硅氯化爐系統中作為制備SiCl4的原料，Zn經過蒸餾提純返回到SiCl4還原 系統繼續作為還原劑繼續使用。電解在玻璃內襯的電解槽中65(TC溫度下進行，電流密度 為5000A/m2，槽電壓IOV。 從反應器出來的氣體以較高的速度經物料入口沿捕集器旋風筒的切線方向送入
捕集器，氣流由直線運動轉變為圓周運動，并同時分成上下兩股外旋流，向上的外旋流在捕
集器的頂部被頂蓋阻擋而返回，向下的外旋流在捕集器內形成自上而下的劇烈螺旋運動，
并產生離心力，將粉末狀的多晶硅與SiCl4和ZnCl2氣體分離，粉末狀的多晶硅在離心力的
作用下，拋向筒壁沿筒壁向下旋轉至捕集器下部的儲料斗內沉積。 實施例3 將四氯化硅廢料蒸餾提純達到7N級，將電解得到的金屬鋅蒸餾提純到7N級。將 還原劑儲備室和反應室溫度控制為650°C。將加熱熔化的液態鋅，經還原劑液體入口加入 到還原劑儲備室的還原劑儲罐中，液態鋅受重力作用進入反應噴嘴，7N級四氯化硅氣體由 SiCl4進氣管噴入反應噴嘴，液態鋅和7N級四氯化硅氣體在65(TC溫度下發生氣液還原反 應，如下式: SiCl4 (g) +2Zn (1) — Si (s) +2ZnCl2 (g) 為防止還原劑遇到SiCl4冷氣吸熱凝固，SiCl4在SiCl4準備系統被加熱到反應溫 度650。C。 反應生成粉狀的晶體硅和氣態的ZnCl2，在噴吹作用下反應產物和未反應的還原 劑鋅被攜帶到反應室。未反應的還原劑與SiCl4輔助進氣管吹入的SiCl4充分反應，并帶動 反應室內氣體產生渦旋流動，使全部產物被帶入捕集器，在捕集器內被捕集的多晶硅產品 經由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中還含有少量的金屬鋅，將其放入真空蒸餾裝置 中蒸餾，鋅的沸點是907t:，在IIO(TC溫度，O. lPa條件下蒸餾，可以將多晶硅中的鋅蒸餾除 去。經過蒸餾除鋅的多晶硅進入到定向凝固系統，在定向凝固爐中，將硅加熱到141fC，然 后定向凝固，經過定向凝固得到塊狀多晶硅，切掉頭部雜質部分得到6N級太陽能多晶硅。
SiCl4和還原劑Zn完全反應的質量比是1.3 : 1，為了使還原劑完全反應，SiCl4 是過量的，比化學計量比過量5%。控制SiCl4氣體的壓力為0. lMPa。 實際反應配比是由SiCh進氣管和SiCl4輔助進氣管內的壓力調節的。SiCh進氣 管和SiCl4輔助進氣管內的壓力由SiCl4準備系統控制。SiCl4氣體過量配比使得操作簡 單，易于控制，并能保證還原劑的完全反應。 從捕集器出來的廢氣主要是ZnCl2氣體和未參與反應的SiCl4氣體，ZnCl2的沸點 是732t:，熔點是283°C， SiCl4的沸點是57. 6°C ，熔點是_70°C ，將廢氣引入冷凝分離系統 中，將冷凝器溫度控制為350°C ，得到液態ZnCl2，然后進入蒸餾提純系統進行提純。SiCl4氣 體送SiCl4蒸餾提純系統返回再利用。 ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣，其中氯氣送到西門子法制備太陽能級多晶硅工廠或硅氯化爐系統中作為制備SiCl4的原料，Zn經過蒸餾提純返回到SiCl4還原系統繼續作為還原劑繼續使用。電解在玻璃內襯的電解槽中50(TC溫度下進行，電流密度為1500A/m2，槽電壓4V。 從反應器出來的氣體以較高的速度經物料入口沿捕集器旋風筒的切線方向送入捕集器，氣流由直線運動轉變為圓周運動，并同時分成上下兩股外旋流，向上的外旋流在捕集器的頂部被頂蓋阻擋而返回，向下的外旋流在捕集器內形成自上而下的劇烈螺旋運動，并產生離心力，將粉末狀的多晶硅與SiCl4和ZnCl2氣體分離，粉末狀的多晶硅在離心力的作用下，拋向筒壁沿筒壁向下旋轉至捕集器下部的儲料斗內沉積。
權利要求
一種太陽能級多晶硅的制備裝置，其特征在于由反應器和捕集器兩部分組成，反應器由還原劑儲備室和反應室兩部分組成，還原劑儲罐置于還原劑儲備室中，還原劑儲備室上部安裝有還原劑液體入口，反應室內設置有反應噴嘴，反應噴嘴與還原劑儲罐通過導管連通，SiCl4進氣管伸入到反應噴嘴內，SiCl4輔助進氣管與反應室連通，反應室設置有物料出口，反應室物料出口通過導管與捕集器物料入口連通，捕集器由一級捕集器和二級捕集器構成，每級捕集器均在上部設置有廢氣出口，在側壁上端設置有物料入口，下部設置鎖氣閥和多晶硅出口，捕集器的筒體內襯一層防腐耐高溫涂層，一級捕集器的廢氣出口與二級捕集器的物料入口相連。
2. 按照權利要求1所述的太陽能級多晶硅的制備裝置，其特征在于還原劑儲罐的材料 是石英、碳化硅或高純石墨；還原劑儲備室采用感應加熱或采用電阻加熱。
3. 按照權利要求1所述的太陽能級多晶硅的制備裝置，其特征在于反應噴嘴、SiCh進 氣管和SiCl4輔助進氣管的材料是石英、碳化硅或高純石墨。
4. 按照權利要求1所述的太陽能級多晶硅的制備裝置，其特征在于防腐耐高溫涂層為 搪玻璃或搪瓷材料。
5. 按照權利要求1所述的太陽能級多晶硅的制備裝置，其特征在于鎖氣閥選用的材料 為不銹鋼316或316L。
6. 采用權利要求1所述的裝置制備太陽能級多晶硅的方法，其特征在于 將四氯化硅廢料或冶金級四氯化硅蒸餾提純達到7N級，將電解得到的金屬鋅蒸餾提純到7N級，將還原劑儲備室和反應室溫度控制為650 90(TC，將加熱熔化的液態鋅，經還 原劑液體入口加入到還原劑儲備室的還原劑儲罐中，液態鋅受重力作用進入反應噴嘴，7N 級四氯化硅氣體由SiCl4進氣管噴入反應噴嘴，液態鋅和7N級四氯化硅氣體在650 90(TC 溫度下發生氣液還原反應；反應生成粉狀的晶體硅和氣態的ZnCl2，在噴吹作用下反應產物和未反應的還原劑鋅 被攜帶到反應室，未反應的還原劑與SiCl4輔助進氣管吹入的SiCl4充分反應，并帶動反應 室內氣體產生渦旋流動，使全部產物被帶入捕集器，在捕集器內被捕集的多晶硅產品經由 多晶硅出口收集，將收集得到的多晶硅放入真空蒸餾裝置中，在1100 137(TC溫度、0. l 15Pa條件下蒸餾，將多晶硅中的鋅蒸餾除去，經過蒸餾除鋅的多晶硅進入到定向凝固系統， 在定向凝固爐中，將硅加熱到1414 165(TC，然后定向凝固，得到塊狀多晶硅，切掉頭部雜 質部分得到6N級太陽能多晶硅；將從捕集器出來的廢氣引入冷凝分離系統中，將冷凝器溫度控制為350 65(TC，得到 液態ZnCl2，然后進入蒸餾提純系統進行提純，SiCl4氣體送SiCl4蒸餾提純系統返回再利 用；ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣，其中氯氣送到西門子法制備太陽能級多晶 硅工廠或硅氯化爐系統中作為制備SiCl4的原料，Zn經過蒸餾提純返回到SiCl4還原系統 繼續作為還原劑繼續使用。
7. 按照權利要求6所述的制備太陽能級多晶硅的方法，其特征在于SiCl4在SiCl4準 備系統被加熱到650 900°C 。
8. 按照權利要求6所述的制備太陽能級多晶硅的方法，其特征在于按照質量比，SiCl4 比化學計量比過量5 60%，控制SiCl4氣體的壓力為0. 1 lMPa。
9.按照權利要求6所述的制備太陽能級多晶硅的方法，其特征在于ZnCl2蒸餾提純 后進行電解，電解在玻璃內襯的電解槽中500 65(TC溫度下進行，電流密度為1500 5000A/m2，槽電壓4 IOV。
全文摘要
一種太陽能級多晶硅的制備方法及裝置，裝置由反應器和捕集器兩部分組成，反應器由還原劑儲備室和反應室兩部分組成，捕集器由一級捕集器和二級捕集器構成。控制液態鋅和7N級四氯化硅氣體在650～900℃反應；產物被帶入捕集器，將收集得到的多晶硅真空蒸餾、定向凝固得到6N級太陽能多晶硅；廢氣中SiCl4返回利用，ZnCl2蒸餾提純后進行電解得到Zn和氯氣返回利用。本發明方法主要原料是西門子法廢棄的四氯化硅或冶金級四氯化硅經過蒸餾提純得到的7N級的四氯化硅，生產成本低，同時解決了西門子法的污染問題。
文檔編號C01B33/033GK101759187SQ201010010059
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月8日 優先權日2010年1月8日
發明者呂國志, 張廷安, 李景江, 李瑞冰, 豆志河 申請人:沈陽金博新技術產業有限公司;東北大學