用于制造顆粒狀多晶硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造顆粒狀多晶硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多晶體硅顆粒，或簡(jiǎn)稱多晶硅顆粒，是西門子方法所制造的多晶硅的替代品。然 而，在西門子方法中，多晶硅以圓柱體硅棒產(chǎn)生，這使其在進(jìn)一步加工前必須以耗時(shí)且成本 高昂的方式粉碎成所謂的碎片多晶硅，并且可能還需要凈化；多晶硅顆粒具有粒狀產(chǎn)品特 性且可直接作為原料使用，例如，用于光伏和電子工業(yè)的單晶生產(chǎn)。
[0003] 多晶娃顆粒是在流化床反應(yīng)器中制造的。其是如下實(shí)施：借助流化床中的氣流，使 硅顆粒流化，其中所述流化床借助加熱器加熱至高溫。通過添加含硅反應(yīng)氣體，在熱顆粒表 面進(jìn)行熱解反應(yīng)。在此過程中，元素硅在硅顆粒上沉積且單個(gè)顆粒的直徑增大。由于規(guī)律 地取出已經(jīng)長(zhǎng)大的顆粒并加入較小的硅顆粒作為種子顆粒（在后文中稱為"種子"），所以 該方法具有所有與其相關(guān)的優(yōu)勢(shì)且可被持續(xù)操作。作為含硅反應(yīng)氣體，描述了硅-鹵素化 合物（例如氯硅烷或溴硅烷），單硅烷（SiH4)，以及這些氣體和氫氣的混合物。例如，由US 4786477A公開了此類沉積方法及其設(shè)備。
[0004] 在含有硅烷（SiHnX4n其中X=鹵素，η= 0-4)的流化床反應(yīng)器中，硅的沉積通常 在600°C至1200°C之間的溫度下發(fā)生。為了清潔和/或進(jìn)一步的加工，原料氣流必須被加 熱，廢氣氣流和固體產(chǎn)品（多晶顆粒）必須被冷卻。
[0005]因?yàn)樵诙嗑Ч璧纳a(chǎn)中生產(chǎn)成本變得愈發(fā)重要，所以節(jié)約熱能是所希望的。在此 方面，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)有所建議。
[0006]US6827786B2公開了一種用于制造顆粒狀多晶硅的反應(yīng)器，包括：加熱區(qū)，其處 于反應(yīng)區(qū)下方，且具有通過一個(gè)或多個(gè)加熱器加熱的一個(gè)或多個(gè)管；容許硅顆粒在加熱區(qū) 和反應(yīng)區(qū)之間來(lái)回脈沖的機(jī)械裝置，其中該機(jī)械裝置包括用于將不含硅的氣體引入到加熱 區(qū)的單獨(dú)入口，用于將含硅氣體引入到反應(yīng)區(qū)的單獨(dú)入口，以及將不含硅的氣體加熱至反 應(yīng)溫度的加熱裝置。已知可以通過加熱引入的硅烷借助熱交換器從分岔排出的顆?；厥諢?量。然而，問題是如果壁溫度太高，含硅氣體會(huì)導(dǎo)致壁沉積物的形成。通過與含硅氣體直接 接觸，所述顆粒也可對(duì)其釋放熱量。
[0007]US2011212011A1公開了一種用于制造多晶硅顆粒的方法，其中廢氣熱量借助熱 交換器用于加熱種子顆粒。
[0008]US2012207662A1公開了一種用于制造多晶體硅的反應(yīng)器（西門子方法，圓柱體 硅棒），其中借助用于反應(yīng)器冷卻的冷卻劑來(lái)回收熱量。通過使用溫度高于冷卻劑沸點(diǎn)的熱 水并降低熱水壓力，由此一些熱水以蒸汽形式從反應(yīng)器中排出，并作為其他用途的熱源使 用。
[0009]本發(fā)明的目的就是解決所述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 所述問題是通過一種在流化床反應(yīng)器中用于制造顆粒狀多晶硅的方法來(lái)解決的， 該方法包括：借助在被加熱到600-1200°C的溫度的流化床中的進(jìn)料的流化氣體流化硅顆 粒，加入含硅反應(yīng)氣體以及在硅顆粒上沉積硅，由此形成顆粒狀多晶硅，隨后將多晶硅從反 應(yīng)器中移除，并且還移除廢氣，其中所移除的廢氣用于加熱流化氣體或反應(yīng)氣體，或用于在 熱交換器中加熱水介質(zhì)。
[0011] 優(yōu)選地，作為流化氣體，使用H2、N2、Ar或SiCl4。含娃反應(yīng)氣體優(yōu)選為硅烷 (SiH4nCln，η= 0-4)或硅烷與H2、N2、Ar或 31(：14的混合物。
[0012] 優(yōu)選地，被加熱的水介質(zhì)用于產(chǎn)生電或產(chǎn)生蒸汽，或用于加熱具有低于所加熱的 水介質(zhì)的溫度的其他介質(zhì)。優(yōu)選地，廢氣在熱交換器中加熱冷卻水流，冷卻水流隨后用于產(chǎn) 生電或用于加熱具有較低溫度的介質(zhì)，或隨后蒸發(fā)。
[0013] 優(yōu)選地，被移除的廢氣用于加熱流化氣體或反應(yīng)氣體，以及用于在熱交換器中加 熱冷卻水流。
[0014] 此外，優(yōu)選地，移除的顆粒狀多晶硅用于加熱流化氣體。
[0015]出于此目的，特別優(yōu)選地，在容器中或?qū)Ч苤?，流化氣體圍繞顆粒狀多晶硅流動(dòng)， 在此過程中，熱量以直接接觸釋放給流化氣體。
[0016] 同樣地，廢氣優(yōu)選用于加熱硅顆粒，其中該熱交換是通過以下方式實(shí)施的：在容器 或?qū)Ч苤袕U氣圍繞硅顆粒流動(dòng)，并且在此過程中，硅顆粒以直接接觸從廢氣中吸熱。
[0017] 在優(yōu)選的實(shí)施方式中，廢氣加熱兩種進(jìn)料氣流，也就是流化氣體和反應(yīng)氣體，其中 使用兩個(gè)熱交換器。
[0018] 作為熱交換器，雙聯(lián)管熱交換器或管束熱交換器是優(yōu)選的。
[0019] 通過廢氣從反應(yīng)器排出的熱量可用于加熱一種或多種原料氣流以及其他種子材 料。
[0020] 因?yàn)閺U氣流還包含粉塵狀硅，其在熱交換器中有形成壁沉積物的趨勢(shì)，所以在選 擇熱交換器時(shí)，優(yōu)選具有大流量橫截面的設(shè)備。當(dāng)利用廢氣加熱反應(yīng)氣體時(shí)，雙聯(lián)管熱交換 器或管束熱交換器是特別適宜的。
[0021] 廢氣熱量可通過使廢氣流經(jīng)存在種子顆粒的容器而被利用，其結(jié)果是種子顆粒被 加熱。可以選擇使用導(dǎo)管來(lái)代替容器，所有物料流通過導(dǎo)管直接接觸，而且通過導(dǎo)管它們尤 其以逆向流動(dòng)。
[0022] 因此，本發(fā)明提供利用廢氣熱量以加熱原料氣體或產(chǎn)生蒸汽。此外，本發(fā)明提供利 用顆粒用于形成蒸汽。
[0023] 已發(fā)現(xiàn)，與利用顆粒的廢氣熱量相比，利用廢氣熱量用于加熱介質(zhì)或用于產(chǎn)生蒸 汽可對(duì)方法的能量效率做出更顯著的貢獻(xiàn)。
[0024] 下文將通過參考實(shí)施例和參考圖1至4描述本發(fā)明。
[0025] 所用的附圖標(biāo)記的清單
[0026] 1原料氣流1
[0027] 2原料氣流2
[0028] 3熱交換器1
[0029] 4熱交換器2
[0030] 5流化床反應(yīng)器
[0031] 6反應(yīng)器廢氣
[0032] 7種子
[0033] 8產(chǎn)品顆粒
[0034] 9冷卻水
【附圖說明】
[0035] 圖1示意性地顯示了在流化床反應(yīng)器中如何將廢氣用于加熱原料氣流。
[0036] 圖2示意性地顯示了在流化床反應(yīng)器中如何將廢氣用于加熱種子顆粒。
[0037] 圖3示意性地顯示了在流化床反應(yīng)器中如何將產(chǎn)品顆粒用于加熱流化氣體。
[0038] 圖4示意性地顯示了在流化床反應(yīng)器中如何將廢氣用于加熱冷卻水。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 實(shí)施例
[0040] 涉及一種用于從三氯硅烷沉積硅的流化床方法，其中使用氏作為輔氣（流化氣 體）。
[0041] 該沉積方法在1000°C的溫度及6bar(abs)的壓力下進(jìn)行。
[0042]H2的物料流為 24. 66kg/h。
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