[发明专利]多晶硅生产方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，特别涉及多晶硅生产工艺。

背景技术

多晶硅是半导体、大规模集成电路和太阳能产业的重要原材料，在太阳能光伏产业市场的拉动及巨大利润诱导下，各地多晶硅项目纷纷上马，多晶硅产业前景广阔，发展迅猛，在中国已经成为投资的热点。

目前，生产多晶硅的工艺主要以“改良西门子法”(即三氯氢硅SiHCl₃还原法)为主流技术。SiHCl₃和氢气H₂按照一定比例通入到多晶硅CVD炉中，一定压力和温度的环境条件下，在导电硅芯上进行还原反应沉积多晶硅。

但是，多晶硅生产容易造成污染，生产1000吨多晶硅将生成约15000吨四氯硅烷SiCl₄，SiCl₄具有中毒毒性，易潮解生成硅酸和氯化氢，若处理不善会对环境造成很大的污染，对人体也有很大危害。如何处理SiCl₄成为多晶硅行业的焦点问题之一。现阶段，部分企业用SiCl₄生产白炭黑，其经济效益远低于多晶硅，并且市场对白炭黑的需求量也很有限；另有部分多晶硅企业采用热氢化法处理SiCl₄，但存在一次转化率低、能耗高、设备投资大等缺点。

也就是说，上述处理SiCl₄的方法投资高、收益低，导致SiCl₄乱倒乱排，造成了严重的环境污染。而且，多晶硅生产也是高能耗产业链，生成1Kg多晶硅需耗电约45～60Kw/h，处理1Kg副产物SiCl₄需耗电3～5Kw/h，其中不包括工艺链中的其他换热器等所需能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多晶硅生产方法及其装置，以降低原料成本，解决副产物SiCl₄处理费用高，处理难度大等问题，并且，有效降低了多晶硅生产电耗，有效增加了硅棒生长直径，提高多晶硅生产效率，即使得多晶硅生产工艺具有高效率、低成本、低能耗等优点。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种多晶硅生产方法，包含以下步骤：

将SiCl₄和H₂按预设的第一摩尔配比比例反应得到Si和HCl，得到的所述Si沉积在硅芯电极上，反应所需的温度通过启动加热所述硅芯电极得到；

当所述硅芯电极上的Si沉积至硅棒的直径达到预设门限Do时，停止所述SiCl₄和H₂的反应，利用所述硅芯电极的残余温度，将SiHCl₃和H₂按预设的第二摩尔配比比例反应得到Si、HCl和SiCl₄，由SiHCl₃和H₂反应得到的Si继续沉积在所述硅芯电极上。

本发明的实施方式还提供了一种多晶硅生产装置，包含：第一工艺管道、第二工艺管道、多晶硅反应炉、包含硅芯电极的硅棒；

所述第一工艺管道和所述第二工艺管道分别接至所述多晶硅反应炉，所述包含硅芯电极的硅棒位于所述多晶硅反应炉内；

所述第一工艺管道将SiCl₄和H₂按预设的第一摩尔配比比例输送至所述多晶硅反应炉内进行反应，得到Si和HCl，得到的所述Si沉积在硅芯电极上，直至所述硅芯电极上的Si沉积至硅棒的直径达到预设门限Do，其中，SiCl₄和H₂的反应所需的温度由启动加热后的所述硅芯电极提供；

所述第二工艺管道在所述硅棒的直径达到预设门限Do时，将SiHCl₃和H₂按预设的第二摩尔配比比例输送至所述多晶硅反应炉内，利用所述硅芯电极的残余温度进行反应，得到Si、HCl和SiCl₄，由SiHCl₃和H₂反应得到的Si继续沉积在所述硅芯电极上。