[实用新型]冷壁流化床

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种冷壁流化床，具体涉及一种经过改良的用于制备高纯度颗粒状太阳能级多晶硅的冷壁流化床，属于多晶硅制备技术领域。 

背景技术

高纯度多晶硅广泛应用于微电子、光电子，太阳能电池等行业，是电子信息及太阳能光伏电池行业基础原材料。目前，国内外制备多晶硅主流技术是改良西门子法，钟罩式反应器能够制备出直径50～300mm粗的棒状多晶硅，由于受到硅棒最大直径的限制，不能连续操作，由于受到硅棒比表面积和热量损失的影响，反应器硅沉积效率低；由于国际技术封锁，国内大部分硅料厂家还没有成功掌握四氯化硅氢化技术，部分厂家甚至还不能做到物料全循环，造成环境污染，总体技术状况是能耗高、成本高，很多企业处于停产、破产状态。 

最近研究比较多的硅烷流化床法和三氯氢硅（SiHCl₃）流化床法制备多晶硅，都有各自的技术缺陷。硅烷流化床法采用SiH₄为原料气体在高温流化床中在高温硅粉表面沉积多晶硅，制备SiH₄的途径和方法有多种，目前国内外主要有硅镁合金法、烷氧基硅烷法、四氟化硅/四氯化硅（SiF₄/ SiCl₄)法和UCC法。虽然硅烷流化床法反应的温度比较低（600～800℃），并且硅烷的转化为多晶硅的效率可以达到80%以上，但是，硅烷气体易燃易爆，极易发生泄漏，制备硅烷和使用硅烷厂家都曾经发生过厂毁人亡的爆炸事件，非常危险，并且，硅烷不容易制备，每种硅烷的制备工艺都存在技术缺陷。以浙江大学为代表的硅镁合金法制备硅烷气体工艺技术，在国内小厂比较多，成本高，硅烷纯度低，很难达到太阳能电池片的技术要求，更严重的技术问题是由于采用釜式反应器，不能连续化生产，不能大规模生产。烷氧基硅烷制备硅烷气体，制备的硅烷纯度最高，但是，副产物量比较大，如果副产物不能深加工，严重制约着规模化生产。氟化硅/四氯化硅（SiF₄/SiCl₄)法制备硅烷虽然在国内外都有生产家在生产或准备投产，但是，生产工程中会生成大量的HF、HCl气体，环境污染严重。UCC法制备硅烷虽然国外技术比较成熟，也是目前国内外制备颗粒状多晶硅的主流技术，需要用SiHCl₃或SiCl₄加催化剂氢化，用氢气一步步还原，最终生成SiH₄，反应工艺流程较长，从SiHCl₃还原制备SiH₂Cl₂一次转化率小于30%，从SiH₂Cl₂到SiH₄一次转化率小于25%，从SiHCl₃到SiH₄一次转化率非常低，需要物料在系统内不停的循环，所以还原能耗较高。 

SiHCl₃流化床法也是目前国内外研究较热的、比较理想的制备颗粒状多晶硅的技术之一。SiHCl₃流化床法制备多晶硅主要是采用外加热式“热壁流化床”，流化床壁温度高于900℃，目前处理流化床壁上多晶硅的工艺技术主要有以下两种：一是流化床分布板进气孔开口分为内环和外环，外环输进不含硅的气体，用来阻隔含硅气体在壁上的沉积；二是间断性通入腐蚀性气体或者在外环气孔中通入腐蚀性气体，腐蚀掉壁上沉积的多晶硅。SiHCl₃热壁式流化床存在以下严重的技术难题。 

（1）设备选材困难：由于三氯氢硅反应温度在950～1200℃之间，反应物以及产物含有氯元素，尤其副产物含有大量的Cl₂、HCl腐蚀性气体，这给设备选材带来极大困难。由于具有反应温度高和在酸性腐蚀性气体中反应等特点，金属材料不能用来制备反应设备。制备高纯多晶硅的流化床的设备，特别是和高纯硅产品接触到的反应管，不同于普通化工过程中使用的材料，应该使用尽可能避免带来杂质污染的材料，因此反应管材料的选择是非常严格的。制备多晶硅的流化床的反应器内壁不停的接触到高温、流化的颗粒硅，遭受到无规则的震动和严重的挤压，因此，在反应器内壁上持续沉积的硅厚度超过了允许的值是非常危险的。寻找能够不污染颗粒硅产品、确保较强机械稳定性的（甚至在器壁内壁上沉积的硅积累的很重时）的无机材料是很困难的。