專利名稱：多晶硅生產裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能光伏技術領域，特別涉及多晶硅生產工藝。
背景技術：
多晶硅是半導體、大規(guī)模集成電路和太陽能產業(yè)的重要原材料，在太陽能光伏產業(yè)市場的拉動及巨大利潤誘導下，各地多晶硅項目紛紛上馬，多晶硅產業(yè)前景廣闊，發(fā)展迅猛，在中國已經成為投資的熱點。目前，生產多晶硅的工藝主要以“改良西門子法”(即三氯氫硅SiHCl3還原法)為主流技術。SiHCl3和氫氣H2按照一定比例通入到多晶硅CVD爐中，一定壓力和溫度的環(huán)境條件下，在導電硅芯上進行還原反應沉積多晶硅。 但是，多晶硅生產容易造成污染，生產1000噸多晶硅將生成約15000噸四氯硅烷SiCl4, SiCl4具有中毒毒性，易潮解生成硅酸和氯化氫，若處理不善會對環(huán)境造成很大的污染，對人體也有很大危害。如何處理SiCl4成為多晶硅行業(yè)的焦點問題之一?，F(xiàn)階段，部分企業(yè)用SiCl4生產白炭黑，其經濟效益遠低于多晶硅，并且市場對白炭黑的需求量也很有限；另有部分多晶硅企業(yè)采用熱氫化法處理SiCl4，但存在一次轉化率低、能耗高、設備投資大等缺點。也就是說，上述處理SiCl4的方法投資高、收益低，導致SiCl4亂倒亂排，造成了嚴重的環(huán)境污染。而且，多晶硅生產也是高能耗產業(yè)鏈，生成IKg多晶硅需耗電約45 60Kw/h，處理IKg副產物SiCl4需耗電3 5Kw/h，其中不包括工藝鏈中的其他換熱器等所需能耗。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種多晶硅生產裝置，以降低原料成本，解決副產物SiCl4處理費用高，處理難度大等問題，并且，有效降低了多晶硅生產電耗，有效增加了硅棒生長直徑，提高多晶硅生產效率，即使得多晶硅生產工藝具有高效率、低成本、低能耗等優(yōu)點。為解決上述技術問題，本實用新型的實施方式還提供了一種多晶硅生產裝置，包含第一工藝管道、第二工藝管道、多晶硅反應爐、包含硅芯電極的硅棒；所述第一工藝管道和所述第二工藝管道分別接至所述多晶硅反應爐，所述包含硅芯電極的娃棒位于所述多晶娃反應爐內；所述第一工藝管道將SiCl4和H2按預設的第一摩爾配比比例輸送至所述多晶硅反應爐內進行反應，得到Si和HC1，得到的所述Si沉積在硅芯電極上，直至所述硅芯電極上的Si沉積至硅棒的直徑達到預設門限Do，其中，SiCl4和H2的反應所需的溫度由啟動加熱后的所述娃芯電極提供；所述第二工藝管道在所述硅棒的直徑達到預設門限Do時，將SiHCl3和H2按預設的第二摩爾配比比例輸送至所述多晶硅反應爐內，利用所述硅芯電極的殘余溫度進行反應，得到Si、HCl和SiCl4,由SiHCl3和H2反應得到的Si繼續(xù)沉積在所述硅芯電極上。[0011]本實用新型實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，在多晶硅生產工藝中，包含兩條工藝線，工藝線I =SiCl4和H2按一定摩爾配比，生成硅Si和氯化氫HCl ;工藝線II =SiHCl3和H2按一定摩爾配比，生成Si、HCl和SiCl4。由于直接利用副產物SiCl4作為生產原料，降低了多晶硅生產原料成本，同時解決了多晶硅生產副產物SiCl4處理費用高，難度大等問題，進一步有效降低了多晶硅生產廠家的生產成本。而且，當所述硅芯電極上的Si沉積至硅棒的直徑達到預設門限Do時，停止所述SiCl4和H2的反應，利用所述硅芯電極的殘余溫度，將51此13和!12按預設的第二摩爾配比比例反應得到51+!1(1+51(14，有效降低了多晶硅生產電耗，進一步地，有效增加了硅棒生長直徑，提高多晶硅生產效率。另外，預設門限Do的取值為當硅棒的外端溫度為SiCl4和H2反應所需的溫度，而娃芯電極為被高溫熔斷的極限值時，該娃棒的直徑。由于娃芯電極加熱時，娃棒的溫度按一定規(guī)律分布，分布規(guī)律為自娃芯電極中心向外娃棒溫度逐漸降低。即隨著娃棒直徑的增大，為保證SiCl4和H2的反應溫度，硅芯溫度也需逐漸增大，從而容易導致熔芯，發(fā)生硅棒斷裂等不良現(xiàn)象。因此，以硅棒的外端溫度為SiCl4和H2反應所需的溫度，而硅芯電極為被高溫熔斷的極限值時，該硅棒的直徑作為Do的取值，實現(xiàn)了 Si兩種生成工藝的合理切換，進一步保證了多晶硅生產的高效及低能低耗。另外，31(14和H2通過接至設有所述硅棒的多晶硅反應爐的第一工藝管道，進入多晶硅反應爐，進行反應；SiHCljP H2通過接至該多晶硅反應爐的第二工藝管道，進入多晶硅反應爐，進行反應。在需要進行SiCl4和H2的反應時，開通第一工藝管道上設置的第一閥門，關閉第二工藝管道上設置的第二閥門即可，在需要進行SiHCljPHd^反應時，關閉第一工藝管道上設置的第一閥門，開通第二工藝管道上設置的第二閥門即可，實現(xiàn)簡單，有利于推廣應用。

圖I是根據(jù)本實用新型一較佳實施方式中的多晶硅生產裝置示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型一較佳實施方式中硅棒上的溫度布局示意圖。
具體實施方式
本實用新型的一較佳實施方式涉及一種多晶硅生產裝置。該多晶硅生產裝置包含第一工藝管道2、第二工藝管道4、多晶硅反應爐7、包含硅芯電極I的硅棒6，如圖I所示，第一工藝管道2和第二工藝管道4分別接至多晶硅反應爐7，硅棒6位于多晶硅反應爐7內。第一工藝管道2將SiCl4和H2按預設的第一摩爾配比比例輸送至多晶硅反應爐7內進行反應(第一摩爾配比比例的取值范圍為1 : 2至I : 5,其中配比量為I的物質為SiCl4，配比量大于I的物質為H2)，得到Si和HCl，得到的所述Si沉積在硅芯電極I上，直至硅芯電極I上的Si沉積至硅棒的直徑達到預設門限Do，其中，Do的取值為當所述硅棒的外端溫度為SiCl4和H2反應所需的溫度，而所述硅芯電極為被高溫熔斷的極限值時，所述硅棒的直徑。SiCl4和H2的反應所需的溫度由啟動加熱后的硅芯電極I提供(SiCl4和H2反 應所需的溫度為1200°C )，比如說，硅芯電極I帶有電源輸入端，該電源輸入端與標準電源和/或高壓電源相連，使得該硅芯電極I能被標準電源和/或高壓電源啟動加熱。[0018]第二工藝管道4在硅棒6的直徑達到預設門限Do時，將SiHCl3和H2按預設的第二摩爾配比比例輸送至多晶硅反應爐7內(第二摩爾配比比例的取值范圍為1 2至I : 5，其中配比量為I的物質為SiHCl3，配比量大于I的物質為H2)，利用硅芯電極I的殘余溫度進行反應(SiHCl3和H2反應所需的溫度小于所述SiCl4和H2反應所需的溫度)，得到Si、HCl和SiCl4,由SiHCl3和H2反應得到的Si繼續(xù)沉積在硅芯電極I上。具體地說，第一工藝管道2上設有第一閥門3，第二工藝管道4上設有第二閥門5。在多晶娃生產的前期，即娃芯電極上沉積的娃棒直徑< Do (Do約50mm)時,開啟第一工藝管道2上設置的第一閥門3，關閉第二工藝管道4上設置的第二閥門5。SiCl4和H2按一定摩爾配比I : 2 I : 5進入多晶硅CVD爐，通過硅芯電極加熱到一定溫度，該溫度約1200°C，SiCl4和H2發(fā)生化學反應。而由于娃芯電極加熱時，娃芯電極的溫度按一定規(guī)律分布，該規(guī)律為自娃芯電極中心向外娃棒溫度逐漸降低，即由于娃芯電極I的溫度遠高于娃棒6外端溫度，如圖2所示。也就是說，為保證反應繼續(xù)，即需保證硅棒溫度為T1,則硅棒直徑隨著Do增大，硅芯電極I的溫度逐漸增大，當硅芯電極I的溫度達到一個極限值時( 該極限值即為硅芯電極I被高溫熔斷的值)，容易導致熔芯，發(fā)生硅棒斷裂等不良現(xiàn)象。因此，在發(fā)生熔芯、硅棒斷裂等不良現(xiàn)象之前，切換工藝管線，即停止SiCl4和H2的反應，將SiHCl3和H2按預設的第二摩爾配比比例反應得到Si、HCl和SiCl4。反應所需的溫度T2低于溫度T1，可利用原生長的硅棒溫度直接達到所需反應溫度，有效降低多晶硅生產電耗，同時也有利于硅棒生長直徑增大。也就是說，在多晶硅生產的后期，即硅芯電極上沉積的硅棒直徑大于或等于Do (Do約50mm)時，關閉第一工藝管道2上設置的第一閥門3，開啟第二工藝管道4上設置的第二閥門5，將SiHCl3和H2按摩爾配比I : 2 I : 5進入多晶硅CVD爐，如果此時硅棒6外端溫度大于1100°C，則可適當調低硅芯電極I溫度以保證SiHCl3和H2發(fā)生化學反應，并在硅芯電極I上繼續(xù)沉積。不難發(fā)現(xiàn)，在需要進行SiCl4和H2的反應時，開通第一工藝管道上設置的第一閥門，關閉第二工藝管道上設置的第二閥門即可，在需要進行SiHCljPHd^反應時，關閉第一工藝管道上設置的第一閥門，開通第二工藝管道上設置的第二閥門即可，實現(xiàn)簡單，有利于推廣應用。另外，在實際應用中，也可以直接通過對第一工藝管道和第二工藝管道的進料口的控制，實現(xiàn)兩種Si生成工藝的切換。上述實施方式是實現(xiàn)本實用新型的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神和范圍。
權利要求1.一種多晶硅生產裝置，其特征在于，包含第一工藝管道、第二工藝管道、多晶硅反應爐、包含娃芯電極的娃棒； 所述第一工藝管道和所述第二工藝管道分別接至所述多晶硅反應爐，所述包含硅芯電極的娃棒位于所述多晶娃反應爐內； 所述第一工藝管道將SiCl4和H2按預設的第一摩爾配比比例輸送至所述多晶硅反應爐內進行反應，得到Si和HC1，得到的所述Si沉積在硅芯電極上，直至所述硅芯電極上的Si沉積至硅棒的直徑達到預設門限Do，其中，51(14和!12的反應所需的溫度由啟動加熱后的所述娃芯電極提供； 所述第二工藝管道在所述硅棒的直徑達到預設門限Do時，將SiHCl3和H2按預設的第二摩爾配比比例輸送至所述多晶硅反應爐內，利用所述硅芯電極的殘余溫度進行反應，得到Si、HCl和SiCl4,由SiHCl3和H2反應得到的Si繼續(xù)沉積在所述硅芯電極上。
2.根據(jù)權利要求I所述的多晶硅生產裝置，其特征在于， 所述第一工藝管道上設有第一閥門。
3.根據(jù)權利要求I所述的多晶硅生產裝置，其特征在于， 所述第二工藝管道上設有第二閥門。
4.根據(jù)權利要求I所述的多晶硅生產裝置，其特征在于， 所述硅芯電極帶有電源輸入端，該電源輸入端與標準電源和/或高壓電源相連。
5.根據(jù)權利要求I至4中任一項所述的多晶硅生產裝置，其特征在于， 所述Do的取值為當所述硅棒的外端溫度為5冗14和H2反應所需的溫度，而所述硅芯電極為被高溫熔斷的極限值時，所述硅棒的直徑。
專利摘要本實用新型涉及太陽能光伏領域，公開了一種多晶硅生產裝置。該裝置包含第一工藝管道、第二工藝管道、多晶硅反應爐、包含硅芯電極的硅棒；第一工藝管道和第二工藝管道分別接至多晶硅反應爐，包含硅芯電極的硅棒位于多晶硅反應爐內；第一工藝管道將SiCl4和H2按一定摩爾配比輸送至多晶硅反應爐，得到Si和HCl，得到的Si沉積在硅芯電極上，直至硅棒的直徑達到預設門限Do，此時，第二工藝管道將SiHCl3和H2按一定摩爾配比輸送至多晶硅反應爐，得到Si、HCl和SiCl4，得到的Si繼續(xù)沉積在所述硅芯電極上。從而降低了多晶硅生產原料成本，同時解決了多晶硅生產副產物SiCl4處理費用高，難度大等問題。
文檔編號C01B33/035GK202369401SQ20112035202
公開日2012年8月8日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權日2011年9月19日
發(fā)明者周勁松, 周積衛(wèi), 張華芹, 李嚴州, 茅陸榮 申請人:上海森松新能源設備有限公司