[发明专利]生产太阳能级硅的系统和方法

说明书

技术领域

[0001]本发明总体涉及太阳能级硅的生产，更具体地涉及一种用于 在硅生产中回收和利用废能的系统和方法。

背景技术

[0002]对于生产半导体器件和太阳能电池的高纯硅材料有很大需 求。硅在太阳能电池中用于将太阳能转换为电能。在太阳能电池中使用 的硅具有标明“太阳能级”的品质，该品质具有大于99.999％的纯度。

[0003]大多数硅生产方法涉及二氧化硅或硅石的碳热还原。碳热还 原涉及碳和硅的混合物在高温下反应形成单质硅和一氧化碳的过程。由 于驱动完成反应的极端温度要求，该过程是高能耗过程。例如，在这种 过程中温度可大于1950摄氏度。这相当于大致11-13千瓦时的能量来生 产1千克硅。

[0004]因此，需要提供一种可以在太阳能级硅的生产中解决一个或 多个前述问题的系统和方法。

发明内容

[0005]根据本文公开的一个示范性实施例，一种方法包括加热包含 硅石和碳的起始材料以形成中间材料。所述中间材料包含硅石和碳化硅。 所述中间材料反应形成硅。通过加热所述起始材料以及使中间材料反应 所产生的至少一些排放物被收集并用于产生电力。

[0006]根据本文公开的另一个示范性实施例，一种系统包括具有第 一炉区的炉，所述第一炉区用于产生含有硅石和碳的起始材料。第二炉 区用于接收所述起始材料并加热所述起始材料来形成包含硅石和碳化硅 的中间材料。第三炉区用于接收所述中间材料并使所述中间材料反应形 成硅。一种发电系统连接到所述炉并且用于接收从所述炉排出的氢、一 氧化碳或其组合以用于产生电力。

附图说明

[0007]在参考附图阅读以下详细说明时将更好地理解本发明的这些 及其它特征、方面和优点，在附图中，同样的附图标记代表同样的部件， 其中：

[0008]图1是图示出根据本文公开的一个示范性实施例的生产硅的 方法所涉及的示范性步骤的流程图；

[0009]图2是根据本文公开的一个示范性实施例的用于生产硅的系 统的示意图；

[0010]图3是根据本文公开的另一个示范性实施例的用于生产硅的 系统的示意图；以及

[0011]图4是根据本文公开的又一个示范性实施例的用于生产硅的 系统的示意图。

部件清单

10      生产硅的方法

12      提供起始材料的步骤

14      加热起始材料来形成中间材料的步骤

16      使中间材料反应形成硅的步骤

18      将合成气从炉供应给发电系统以产生电力的步骤

20      将电力供应给炉的热能量源的步骤

22      系统

24      壳体

26      壁

28      腔室

30      内表面

32      第一炉区

34      第二炉区

36      第三炉区

38      第一热能量源

40      第二热能量源

42      第三热能量源

44      硅石进口

46      烃类进口

48      上端

50      气体出口

52      硅出口

54      气体进口

56      下端

58      发电系统

60      压缩机

62      临时存储单元

具体实施方式

[0012]如下文所详述的，本发明的实施例提供一种包括提供起始材 料的方法。在一个示例中，在第一炉区内生产该起始材料且该起始材料 包含硅石和碳。该起始材料然后在第二炉区中加热形成中间材料。该中 间材料包含硅石和碳化硅。该中间材料在第三炉区中反应形成太阳能级 硅。通过加热起始材料以及使中间材料反应所产生的至少一些排放物被 收集并用于产生电力。在另一个示范性实施例中，还公开了一种与废能 回收系统一体形成的生产太阳能级硅的系统。