[发明专利]制备多晶硅的设备

说明书

技术领域

本发明涉及光伏产业技术领域，具体地，涉及制备多晶硅的设备。

背景技术

太阳能作为一种可再生清洁能源受到了全球的重视，利用太阳能资源来发电的技术已经被认为是当今全球最有发展前景的新能源技术。因而，以太阳能发电技术为核心的光伏产业在21世纪初得到了迅猛的发展。多晶硅作为光伏产业的主要原材料，随着光伏行业的快速发展，其需求大幅增加。

然而，现阶段多晶硅的制备工艺及设备仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

目前已报道的多晶硅生产工艺较多，主要有改良西门子法、硅烷法、冶金法等生产工艺。其中，改良西门子法多晶硅生产工艺是目前生产多晶硅的主流工艺，全球80%左右均采用该工艺。该工艺以三氯氢硅为主要原料，在1000-1100℃的高温作用下，在CVD还原炉内与氢气发生还原反应，生成的高纯多晶硅沉积在硅芯表面，产出棒状多晶硅，该工艺生产多晶硅所需的最低还原电耗为40KWh/kgSi，生产成本为15美元/kgSi。然而，随着多晶硅产能的扩大，行业竞争激烈，多晶硅价格大幅下跌，改良西门子法的生产成本下降空间有限。硅烷法多晶硅生产工艺近几年发展较快，其主要源于美国UCC公司的新硅烷法，该方法具有很多改良西门子法无法比拟的优点，诸如硅烷热分解温度较低、耗电少、硅烷容易提纯、产品纯度高、原料消耗低等，是一种有发展前景的新工艺。然而，在新硅烷法生产工艺中，三氯氢硅两步歧化产生硅烷气，歧化效率较低，产生中间产物二氯二氢硅需要进一步提纯分离，分离难度较大。因而，寻求一种成本低、耗能少的电子级多晶硅生产方法势在必行。

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于制备低成本节能型生产电子级多晶硅的设备。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种用于制备多晶硅的设备。根据本发明的实施例，该设备包括：

氯氢化合成反应装置，所述氯氢化合成反应装置用于使硅粉、氢气以及选自氯化氢与四氯化硅的至少一种发生氯氢化合成反应，以便获得包含三氯氢硅的氯氢化合成反应产物；

第一精馏纯化装置，所述第一精馏纯化装置与所述氯氢化合成反应装置相连，用于对所述包含三氯氢硅的氯氢化合成反应产物进行第一精馏纯化处理，以便获得三氯氢硅和第一精馏残液；

歧化反应装置，所述歧化反应装置与所述第一精馏纯化装置相连，用于使所述三氯氢硅发生歧化反应，以便获得包含四氯化硅和硅烷的歧化反应产物；

第二精馏纯化装置，所述第二精馏纯化装置与所述歧化反应装置相连，用于对所述歧化反应产物进行第二精馏纯化处理，以便获得硅烷气体和四氯化硅；以及

热解反应装置，所述热解反应装置与所述第二精馏纯化装置相连，用于使所述硅烷气体发生热解反应，以便获得多晶硅。

发明人惊奇地发现，利用该设备能够有效地制备获得电子级多晶硅，并且该设备涉及的工艺简单、安全、节能环保、成本低，且生产的多晶硅纯度高，产生的尾气和废渣能够达到环保要求，为电子级多晶硅清洁生产工艺。

另外，根据本发明上述实施例的用于制备多晶硅的设备还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述氯氢化合成反应装置中设置有镍基催化剂或铜基催化剂，以便在存在镍基催化剂或铜基催化剂时，使包含四氯化硅和氢气的气体混合物与硅粉接触，发生所述氯氢化合成反应。由此，能够有效提高氯氢化合成反应的效率，有利于后续步骤进行。

根据本发明的实施例，所述包含四氯化硅和氢气的气体混合物中，四氯化硅和氢气的摩尔比为1:2～5。由此，氯氢化合成反应的效率显著提高，有利于后续步骤进行。

根据本发明的实施例，所述氯氢化合成反应是在500～550摄氏度的温度下进行的。

根据本发明的实施例，所述氯氢化合成反应是在500～550摄氏度，1.5～3.5MPa的条件下进行的。由此，氯氢化合成反应的效率高，有利于后续步骤进行。

根据本发明的实施例，所述四氯化硅的至少一部分来源于所述歧化反应装置。由此，即将歧化反应产物中的四氯化硅进行了循环利用，从而能够实现节能环保，降低成本的目的。

根据本发明的实施例，所述第二精馏纯化装置与所述氯氢化合成装置相连，以便将所述第二精馏纯化装置中获得的四氯化硅用于所述氯氢化合成反应。由此，将第二精馏纯化装置产物中的四氯化硅进行了循环利用，从而能够实现节能环保，降低成本的目的。