专利名称：一种多晶硅分解炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多晶硅生产设备，尤其是涉及一种用于硅烷法生产多晶硅的 多晶硅分解炉。
背景技术：
随着绿色可再生能源的倡导和发展，晶体硅太阳能电池作为新兴的清洁可再生能 源得到了迅速的发展，因其具有直接将太阳能转换为电能，且寿命长、维护简单等优点而备 受人们的青睐。晶体硅太阳能电池的迅速发展，极大地刺激了多晶硅的市场需求，导致多晶 硅供不应求，价格也不断地攀升。多晶硅的紧缺和居高不下的价格已经成为制约我国信息 产业和光伏产业发展的瓶颈。因此，提高太阳能级的高纯多晶硅的国内产量已迫在眉睫。目前，制备太阳能级的高纯多晶硅的主要方法有改良西门子法、硅烷法等。其中， 改良西门子法，是将氯气和氢气合成氯化氢，氯化氢和硅粉在一定温度下合成三氯氢硅，然 后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的高纯三氯氢硅与氢气按比例混合后，在一定的 温度和压力下通入多晶硅还原炉内，在直径3至5毫米、长2. 3至2. 5米的导电硅芯上进行 反应沉积生成多晶硅，反应温度控制在1080°C左右，最终生成直径为20厘米左右、长约2. 4 米的棒状多晶硅，同时生成四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。改良西门子法是目前 电子级高纯多晶硅的唯一生产方法，也是目前太阳能级的高纯多晶硅的主要生产方法。硅烷法采用四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法以及硅直接氢化等方 法制备硅烷(SiH4),将生成的硅烷与氢气按比例通入一定温度和压力下的多晶硅分解炉 内，在通电高温硅芯上进行分解生成直径约为150mm的棒状多晶硅产品，同时生成副产物 氢气。该方法的优点是生产效率高、能耗低、成本低、适合大规模生产，目前也在太阳能级高 纯多晶硅生产中应用。但是该方法却不能成为多晶硅生产的主要工艺，主要有以下几种原 因1、安全性较差、易发生爆炸，而且生产出的产品纯度不高；2、使用的多晶硅分解炉生产 多晶硅的产量较小。多晶硅还原炉是改良西门子法生产多晶硅的主要设备，该多晶硅还原炉的产量较 高，但是其不能用于硅烷法生产多晶硅。目前，用于硅烷法生产多晶硅的分解炉为一种悬挂 式多晶硅分解炉，如图4所示，其包括炉体8，炉体8的下端设置有进气管81，炉体8的上端 设置有出气管82，炉体8的顶部悬挂设置有六对钼丝83，每对钼丝83的两端分别为正极 和负极，钼丝83的长度约为1米，直径约为2毫米，炉体8的侧面开设有快开操作入孔84， 通过快开操作入孔84可安装钼丝和取下生成的多晶硅，该多晶硅分解炉工作时硅烷气体 从进气管81进入炉体8内，硅烷气体在悬挂于炉体8的顶部的钼丝83表面上分解生成直 径为40毫米的多晶硅，废气则从出气管82排出，生成的多晶硅可通过快开操作入孔84取 出，这种多晶硅分解炉结构简单、使用方便，但其存在以下缺点1、其产量较小，生产规模较 小，不能较好地满足市场需求；2、硅烷在高温下通常会分解生成多晶硅和氢气，而硅烷在这 种多晶硅分解炉内，当钼丝辐射产生的热量使整个多晶硅分解炉内温度升高时，就会有一 部分的硅烷不能在钼丝的表面分解，直接在多晶硅分解炉内部空间分解成细小的多晶硅颗粒，这种细小的多晶硅颗粒利用价值很低，并且其会随着气流从多晶硅分解炉的出气管排 出，造成了一定的浪费，降低了生产效率；3、当钼丝辐射产生的热量使整个多晶硅分解炉内 温度升高时，为保证多晶硅分解炉的正常使用，需将炉体的壁加厚，这样必然提高了生产成 本。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在保证生产得到的多晶硅具有较好 的质量的同时，能够有效提高多晶硅的生产产量，降低生产能耗的多晶硅分解炉。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种多晶硅分解炉，包括带 冷却水夹套的底盘和带冷却水夹套的钟罩式双层炉体，所述的钟罩式双层炉体设置于所述 的底盘上，其特征在于所述的底盘上均勻设置有十二个电极单元，每个所述的电极单元的 中心设置有纵向贯穿所述的底盘的硅烷气体进气管，所述的硅烷气体进气管的第一端口为 气体进口，所述的硅烷气体进气管的第二端口与所述的钟罩式双层炉体相连通，每个所述 的电极单元包括按正方形排列的四个电极，所述的电极纵向贯穿设置于所述的底盘上，所 述的电极的第一端位于所述的底盘的下方，所述的电极的第二端位于所述的钟罩式双层炉 体内，每个所述的电极单元中以两个所述的电极为一组，并在该组的两个所述的电极的第 二端之间连接有一个硅芯。所述的硅芯主要由与一组中的其中一个所述的电极相连接的第一硅芯段、与一组 中的另一个所述的电极相连接的第二硅芯段及设置于所述的第一硅芯段和所述的第二硅 芯段之间的硅芯连接段组成，所述的硅烷气体进气管的第二端口连接有设置于所述的钟罩 式双层炉体内且与所述的硅烷气体进气管相连通的立管，所述的立管沿其轴向均勻设置有 四排导流孔，每排所述的导流孔的位置对准所述的第一硅芯段或所述的第二硅芯段，所述 的第一硅芯段外套设有带导热油夹套的第一硅芯套筒，所述的第二硅芯段外套设有带导热 油夹套的第二硅芯套筒，所述的导流孔与所述的第一硅芯套筒及所述的第二硅芯套筒之间 设置有导管，所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒之间设置有连通管，所述的第一 硅芯套筒的底部连接有纵向贯穿所述的底盘的热油进油管，所述的第二硅芯套筒的底部连 接有纵向贯穿所述的底盘的热油出油管。所述的第一硅芯套筒包括第一硅芯外筒和第一硅芯内筒，所述的第一硅芯外筒与 所述的第一硅芯内筒之间的空隙形成一个用于导热油的第一空腔，所述的第二硅芯套筒包 括第二硅芯外筒和第二硅芯内筒，所述的第二硅芯外筒与所述的第二硅芯内筒之间的空隙 形成一个用于导热油的第二空腔，所述的第一空腔与所述的第二空腔通过所述的连通管相 连通。所述的钟罩式双层炉体上设置有炉体冷却水进水管、炉体冷却水出水管和视镜 孔，所述的底盘上设置有底盘冷却水进水管和底盘冷却水出水管，所述的底盘的中心位置 设置有纵向贯穿所述的底盘的尾气出气管，所述的尾气出气管与所述的钟罩式双层炉体相 连通。每个所述的硅芯相连接的两个所述的电极中的其中一个所述的电极为正极，且另 一个所述的电极为负极。所述的电极外套设有带冷却水夹套的电极套筒，所述的电极套筒上设置有电极冷却水进水管和电极冷却水出水管，所述的电极套筒包括电极外筒和电极内筒，所述的电极 外筒与所述的电极内筒之间形成一个用于导冷却水的空隙，所述的空隙与所述的电极冷却 水进水管及所述的冷却水出水管相连通。所述的电极的第二端与所述的硅芯之间设置有石墨夹头，所述的电极的第二端通 过所述的石墨夹头与所述的硅芯相连接。所述的钟罩式双层炉体的材料采用超低碳不锈钢。所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒的材料均采用超低碳不锈钢。与现有技术相比，本实用新型的优点在于1、本实用新型通过在底盘上均勻设置十二个电极单元，而每个电极单元包括按正 方形排列的四个电极，并在每个电极单元中的一对电极之间连接一个硅芯，大大提高了多 晶硅的生产产量，扩大了生产规模；而现有的多晶硅分解炉只设置有一对电极，多晶硅的产 量受到了分解炉大小的限制，从而极大地限制了生产规模；2、以分别采用本实用新型的分解炉与现有的分解炉生产同产量的多晶硅为基准， 则本实用新型只需控制一台分解炉即能达到一定的产量，而采用现有的分解炉必须同时控 制多台才能达到一定的产量，控制一台本实用新型的分解炉与同时控制多台现有的分解炉 相比，操作更为简单，且能够有效降低能耗，同时能够有效保证生产得到的多晶硅产品的质 量；3、本实用新型通过在硅烷气体进气管的一端上连接一个立管，且在立管上沿其轴 向均勻设置四排与硅芯相对的导流孔，在硅芯外套设带导热油夹套的硅芯套筒，且导流孔 通过导管与硅芯套筒相连通，使用本实用新型的分解炉时硅烷和氢气的混合气体通过硅烷 气体进气管进入立管，再通过导流孔和导管分散到四个硅芯套筒内，混合气体在高温通电 的硅芯上分解，生成棒状多晶硅产品，本实用新型通过硅芯套筒内的导热油，对硅芯周围的 温度进行有效控制，使绝大多数硅烷在硅芯的表面上分解，从而达到控制多晶硅生长速度 的目的，大大减少了多晶硅颗粒的形成，提高了生产效率，同时有效提高了多晶硅的产品质 量，此外由于硅芯周围的温度得到了有效地控制，不仅降低了生产能耗，而且避免了整个多 晶硅分解炉内的温度升高，从而降低了对钟罩式双层炉体的壁厚要求，最终降低了生产成 本。
图1为本实用新型的多晶硅分解炉的纵剖结构示意图；图2为本实用新型的多晶硅分解炉的横剖结构示意图；图3为混合气体在立管及第一硅芯套筒和第二硅芯套筒内的流向示意图；图4为现有的悬挂式多晶硅分解炉的基本结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图所示，一种多晶硅分解炉，包括带冷却水夹套的底盘1和带冷却水夹套的钟 罩式双层炉体2，底盘1主要由两块相互固定连接的上底板15和下底板16构成，上底板15 与下底板16之间设置有用于导冷却水的底盘空腔17，钟罩式双层炉体2设置于上底板15上，下底板16上设置有底盘冷却水进水管11和底盘冷却水出水管12，底盘冷却水进水管 11和底盘冷却水出水管12均与底盘空腔17相连通，底盘1的中心位置设置有纵向贯穿上 底板15和下底板16的尾气出气管13，尾气出气管13与钟罩式双层炉体2相连通；钟罩式 双层炉体2主要由外层炉体24和内层炉体25组成，外层炉体24与内层炉体25之间的空 隙形成一个用于导冷却水的炉体空腔26，外层炉体24上设置有炉体冷却水进水管21和炉 体冷却水出水管22，炉体冷却水进水管21和炉体冷却水出水管22均与炉体空腔26相连 通，钟罩式双层炉体2上设置有贯穿外层炉体24和内层炉体25的视镜孔23。在此具体实施例中，在底盘1上均勻设置有十二个电极单元3，每个电极单元3的 中心设置有纵向贯穿底盘1的硅烷气体进气管14，硅烷气体进气管14的第一端口 141为 气体进口，硅烷气体进气管14的第二端口 142与钟罩式双层炉体2相连通，每个电极单元 3包括按正方形排列的四个电极31，电极31纵向贯穿设置于底盘1上，电极31的第一端位 于下底板16的下方，电极31的第二端位于钟罩式双层炉体2内，每个电极单元3中以两个 电极31为一组，并在该组的两个电极31的第二端之间连接有一个硅芯4，即一个电极单元 3中的四个电极31，将其中两个电极31作为一组，将另两个电极31作为另一组，每一组电 极之间连接一个硅芯4，这样在一个电极单元3内连接有两个硅芯4。在此，将与每个硅芯4 相连接的两个电极31中的其中一个电极31作为正极，将另一个电极31作为负极。在此， 电极31外套设有带冷却水夹套的电极套筒32，电极套筒32上设置有电极冷却水进水管33 和电极冷却水出水管34，电极套筒32包括电极外筒321和电极内筒322，电极外筒321与电 极内筒322之间形成一个用于导冷却水的空隙323，空隙323与电极冷却水进水管33及冷 却水出水管34相连通。在此，电极31的第二端与硅芯4之间设置有石墨夹头35，电极31 的第二端通过石墨夹头35与硅芯4相连接。在本实施例中，将十二个电极单元，且每个电 极单元包括四个电极，即将共四十八个电极(二十四对电极)设置在一台多晶硅分解炉中， 与现有的只设置有一对电极的多晶硅分解炉相比，有效提高了生产产量，扩大了生产规模， 且由于使用本实用新型的分解炉为统一控制实现产量的提高，而现有的多晶硅分解炉若想 生产相同的产量，则需同时控制多台分解炉，不仅操作复杂、能耗高，而且生产得到的多晶 硅的质量得不到保证。在此具体实施例中，硅芯4主要由与一组中的其中一个电极31相连接的第一硅芯 段41、与一组中的另一个电极31相连接的第二硅芯段42及设置于第一硅芯段41和第二硅 芯段42之间的硅芯连接段43组成，硅烷气体进气管14的第二端口 142连接有设置于钟罩 式双层炉体2内且与硅烷气体进气管14相连通的立管5，立管5沿其轴向均勻设置有四排 导流孔51，在此每排导流孔51的个数可根据实际情况决定，每排导流孔51的位置对准第一 硅芯段41或第二硅芯段42，第一硅芯段41外套设有带导热油夹套的第一硅芯套筒6，第二 硅芯段42外套设有带导热油夹套的第二硅芯套筒7，导流孔51与第一硅芯套筒6及第二硅 芯套筒7之间设置有导管52，第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7之间设置有连通管53，第 一硅芯套筒6的底部连接有纵向贯穿底盘1的热油进油管61，第二硅芯套筒7的底部连接 有纵向贯穿底盘1的热油出油管71。在此具体实施例中，第一硅芯套筒6包括第一硅芯外筒62和第一硅芯内筒63，第 一硅芯外筒62与第一硅芯内筒63之间的空隙形成一个用于导热油的第一空腔64，第二硅 芯套筒7包括第二硅芯外筒72和第二硅芯内筒73，第二硅芯外筒72与第二硅芯内筒73之
7间的空隙形成一个用于导热油的第二空腔74，第一空腔64与第二空腔74通过连通管53相 连通，立管5通过导管52分别与第一硅芯内筒63和第二硅芯内筒73相连通在此具体实施例中，钟罩式双层炉体2的内层炉体25、上底板15、第一硅芯套筒6、 第二硅芯套筒7、立管5、硅烷气体进气管14、尾气出气管13及视镜孔23均采用超低碳奥氏 体不锈钢材料制成，采用超低碳奥氏体不锈钢作为材料，可有效减少多晶硅分解炉对生产 出的多晶硅的污染。使用本实用新型的多晶硅分解炉时，如图3所示硅烷和氢气的混合气体通过硅烷 气体进气管14进入与其相连通的立管5内，再通过设置于立管5上的导流孔51和设置于 导流孔51与第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7之间的导管52分散到第一硅芯套筒6和第 二硅芯套筒7内，混合气体在高温通电的硅芯4上分解，生成棒状多晶硅产品，尾气通过尾 气出气管13排出。
权利要求一种多晶硅分解炉，其特征在于包括带冷却水夹套的底盘和带冷却水夹套的钟罩式双层炉体，所述的钟罩式双层炉体设置于所述的底盘上，所述的底盘上均匀设置有十二个电极单元，每个所述的电极单元的中心设置有纵向贯穿所述的底盘的硅烷气体进气管，所述的硅烷气体进气管的第一端口为气体进口，所述的硅烷气体进气管的第二端口与所述的钟罩式双层炉体相连通，每个所述的电极单元包括按正方形排列的四个电极，所述的电极纵向贯穿设置于所述的底盘上，所述的电极的第一端位于所述的底盘的下方，所述的电极的第二端位于所述的钟罩式双层炉体内，每个所述的电极单元中以两个所述的电极为一组，并在该组的两个所述的电极的第二端之间连接有一个硅芯。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的硅芯主要由与一组中 的其中一个所述的电极相连接的第一硅芯段、与一组中的另一个所述的电极相连接的第二 硅芯段及设置于所述的第一硅芯段和所述的第二硅芯段之间的硅芯连接段组成，所述的硅 烷气体进气管的第二端口连接有设置于所述的钟罩式双层炉体内且与所述的硅烷气体进 气管相连通的立管，所述的立管沿其轴向均勻设置有四排导流孔，每排所述的导流孔的位 置对准所述的第一硅芯段或所述的第二硅芯段，所述的第一硅芯段外套设有带导热油夹套 的第一硅芯套筒，所述的第二硅芯段外套设有带导热油夹套的第二硅芯套筒，所述的导流 孔与所述的第一硅芯套筒及所述的第二硅芯套筒之间设置有导管，所述的第一硅芯套筒和 所述的第二硅芯套筒之间设置有连通管，所述的第一硅芯套筒的底部连接有纵向贯穿所述 的底盘的热油进油管，所述的第二硅芯套筒的底部连接有纵向贯穿所述的底盘的热油出油 管。
3.根据权利要求2所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的第一硅芯套筒包括第 一硅芯外筒和第一硅芯内筒，所述的第一硅芯外筒与所述的第一硅芯内筒之间的空隙形成 一个用于导热油的第一空腔，所述的第二硅芯套筒包括第二硅芯外筒和第二硅芯内筒，所 述的第二硅芯外筒与所述的第二硅芯内筒之间的空隙形成一个用于导热油的第二空腔，所 述的第一空腔与所述的第二空腔通过所述的连通管相连通。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的钟罩式 双层炉体上设置有炉体冷却水进水管、炉体冷却水出水管和视镜孔，所述的底盘上设置有 底盘冷却水进水管和底盘冷却水出水管，所述的底盘的中心位置设置有纵向贯穿所述的底 盘的尾气出气管，所述的尾气出气管与所述的钟罩式双层炉体相连通。
5.根据权利要求4所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于每个所述的硅芯相连接的两 个所述的电极中的其中一个所述的电极为正极，且另一个所述的电极为负极。
6.根据权利要求5所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的电极外套设有带冷却 水夹套的电极套筒，所述的电极套筒上设置有电极冷却水进水管和电极冷却水出水管，所 述的电极套筒包括电极外筒和电极内筒，所述的电极外筒与所述的电极内筒之间形成一个 用于导冷却水的空隙，所述的空隙与所述的电极冷却水进水管及所述的冷却水出水管相连ο
7.根据权利要求6所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的电极的第二端与所述 的硅芯之间设置有石墨夹头，所述的电极的第二端通过所述的石墨夹头与所述的硅芯相连接。
8.根据权利要求4所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的钟罩式双层炉体的材料采用超低碳不锈钢。
9.根据权利要求4所述的一种多晶硅分解炉，其特征在于所述的第一硅芯套筒和所述 的第二硅芯套筒的材料均采用超低碳不锈钢。
专利摘要本实用新型公开了一种多晶硅分解炉，包括底盘和钟罩式双层炉体，底盘上均匀设置有十二个电极单元，每个电极单元的中心设置有纵向贯穿底盘的硅烷气体进气管，硅烷气体进气管的第一端口为气体进口，硅烷气体进气管的第二端口与钟罩式双层炉体相连通，每个电极单元包括按正方形排列的四个电极，电极纵向贯穿设置于底盘上，电极的第一端位于底盘的下方，电极的第二端位于钟罩式双层炉体内，每个电极单元中以两个电极为一组，并在该组的两个电极的第二端之间连接有一个硅芯，这种结构的分解炉大大提高了多晶硅的生产产量，扩大了生产规模，且有效降低了能耗，同时保证了生产得到的多晶硅产品的质量。
文档编号C01B33/03GK201648567SQ20102013002
公开日2010年11月24日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者刘新安, 刘明亮, 柴新刚 申请人:化学工业第二设计院宁波工程有限公司