一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置和方法与流程

本发明涉及光伏材料技术领域，尤其是涉及一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置和方法。

背景技术：

目前多晶硅企业生产光伏材料多晶硅最广泛的方法，是以高纯氯硅烷做为原料，将液相氯硅烷通过汽化器升温气化后与氢气一同通入还原炉，在还原炉中，氯硅烷与氢气在高温硅芯表面发生还原反应，沉积形成多晶硅棒。氯硅烷的纯度对多晶硅的质量起着至关重要的作用。在氯硅烷分解沉积过程中，其所含的磷、硼等杂质是多晶硅的主要污染源。因此，要想提高多晶硅纯度，就必须将氯硅烷中的磷、硼等杂质降到尽可能低的水平。

现有技术多晶硅厂或者生产氯硅烷的工厂，都是采用精馏的方式对氯硅烷进行纯化。许多氯硅烷中的杂质，如铁，铜，锰等，都可以通过精馏的方法除去。然而，通过精馏却不能将其中的磷、硼含量降低到可接受水平。这是因为磷、硼容易形成与氯硅烷性质相似的化合物，这些磷化物、硼化物大多以三氯化磷pcl3、三氯化硼bcl3的形式存在。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的方法，本发明提供的方法对于氯硅烷中磷、硼杂质去除率高。

本发明提供了一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置，包括：

汽化装置；

入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置；所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶。

本发明提供了一种高纯多晶硅的生产装置，包括：

汽化装置；

入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置；所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶；

入口与所述吸附装置出口相连的还原装置。

优选的，还包括氢气提供装置，所述氢气提供装置的出口与吸附装置入口相连。

优选的，还包括氢气提供装置，所述氢气提供装置的出口与还原装置入口相连。

本发明提供了一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的方法，包括：

a)液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷；

b)所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，得到高纯氯硅烷；所述吸附剂为硅胶。

优选的，所述吸附剂还包括氯化铜；所述氯化铜在所述吸附剂中的质量百分比为0.1％～30％。

优选的，所述硅胶的粒径为50μm～5mm。

优选的，所述汽化的温度为50℃～450℃；所述吸附的温度为50℃～450℃。

本发明提供了一种高纯多晶硅的生产方法，包括：

a)液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷；

b)所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，在氢气的存在下经还原装置还原得到高纯多晶硅；所述吸附剂为硅胶。

优选的，所述步骤b)还可以为：所述气相氯硅烷与氢气混合，而后经吸附装置吸附，再经还原装置还原得到高纯多晶硅。

与现有技术相比，本发明提供了一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置，包括：汽化装置；入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置；所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶。本发明提供的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置在汽化器之后，还原装置之前添加了吸附装置，同时结合特定的吸附剂对于氯硅烷的杂质进行吸附，特别是对于氯硅烷中磷、硼杂质去除率高，吸附效果好。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例所述的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置；

图2为本发明其中一个实施例所述的高纯多晶硅的生产装置。

具体实施方式

本发明提供了一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置，包括：

汽化装置；

入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置；所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶。

本发明提供的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置可以单独使用，也可以与现有的氯硅烷的生产装置或者多晶硅生产装置组合使用。对于除杂，可以单独使用，也可以作为现有精馏除杂的进一步补充除杂，应用广泛。

本发明提供的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置包括汽化装置。

本发明所述汽化装置优选为汽化器。本发明对于所述汽化器的具体型号规格不进行限定，本领域技术人员熟知可以将液相氯硅烷汽化的即可。

本发明提供的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置包括入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置。

本发明对于所述吸附装置的型号和规格不进行限定，本领域技术人员熟知的吸附装置即可。

本发明所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶。

所述吸附剂还包括氯化铜；所述氯化铜在所述吸附剂中的质量百分比优选为0.1％～30％；更优选为1％～28％；最优选为2％～25％；最最优选为4％～20％。

本发明所述硅胶的粒径优选为50μm～5mm；更优选为100μm～4mm；最优选为300μm～3mm。

本发明其中一个实施例所述的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置如图1所示，图1为本发明其中一个实施例所述的去除高纯氯硅烷痕量杂质的装置。

其中：1为汽化装置，2为吸附装置，3为氢气提供装置。

现有技术在去除高纯氯硅烷中均为采用精馏的方式除杂，并且除杂均在汽化之前进行，本发明人能够突破技术惯性，克服偏见，创造性的在汽化装置之后安装了吸附装置，同时结合特定的吸附剂对于氯硅烷的杂质进行吸附，特别是对于氯硅烷中磷、硼杂质去除率高，吸附效果好。

本发明提供了一种高纯多晶硅的生产装置，包括：

汽化装置；

入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置；所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶；

入口与所述吸附装置出口相连的还原装置。

本发明提供的高纯多晶硅的生产装置重点是对于多晶硅生产中氯硅烷中磷、硼杂质的去除，从而消除了氯硅烷制备多晶硅的主要杂质污染，得到高纯度的多晶硅，从而提高了多晶硅的质量。

本发明提供的高纯多晶硅的生产装置包括汽化装置。

本发明所述汽化装置优选为汽化器。本发明对于所述汽化器的具体型号规格不进行限定，本领域技术人员熟知可以将液相氯硅烷汽化的即可。

本发明提供的高纯多晶硅的生产装置包括入口与所述汽化装置出口相连的吸附装置。

本发明对于所述吸附装置的型号和规格不进行限定，本领域技术人员熟知的吸附装置即可。

本发明所述吸附装置内设置有吸附剂；所述吸附剂为硅胶。

所述吸附剂还包括氯化铜；所述氯化铜在所述吸附剂中的质量百分比优选为0.1％～30％；更优选为1％～28％；最优选为2％～25％；最最优选为4％～20％。

本发明所述硅胶的粒径优选为50μm～5mm；更优选为100μm～4mm；最优选为300μm～3mm。

本发明提供的高纯多晶硅的生产装置包括入口与所述吸附装置出口相连的还原装置。

本发明对于所述还原装置不进行限定，优选为还原炉，本发明对于所述还原炉的规格不进行限定，本领域技术人员熟知的能够将氯硅烷还原沉积为多晶硅的即可。

在本发明中，还包括氢气提供装置，所述氢气提供装置的出口与吸附装置入口相连。

本发明对于所述氢气提供装置不进行限定，可以提供氢气的装置即可。

此时，经汽化器汽化得到的高纯气相氯硅烷与氢气先混合，形成高纯气相氯硅烷与氢气的混合物。然后该混合物进入吸附装置，吸附去除混合物中的痕量磷、硼杂质，得到超纯氯硅烷与氢气的混合物。最后该混合物进入还原炉，在还原炉高温硅芯表面发生还原反应，沉积形成多晶硅棒。

在本发明中，还包括氢气提供装置，所述氢气提供装置的出口与还原装置入口相连。

本发明对于所述氢气提供装置不进行限定，可以提供氢气的装置即可。

此时，经汽化器汽化得到的高纯气相氯硅烷直接进入吸附装置。在吸附装置中，高纯氯硅烷中痕量磷、硼杂质得以吸附去除，得到超纯氯硅烷。然后超纯氯硅烷与氢气混合后进入还原炉，在还原炉高温硅芯表面发生还原反应，沉积形成多晶硅棒。

在本发明中，还可以在上述两个位置之一或在两个位置均设置氢气提供装置，对此不进行限定。

若均提供氢气提供装置，此时，经汽化器汽化得到的高纯气相氯硅烷与一部分氢气相混合，形成高纯气相氯硅烷与氢气的混合物。然后该混合物进入吸附装置，吸附去除混合物中的痕量磷、硼杂质，得到超纯氯硅烷与氢气的混合物。最后该混合物再与一部分氢气进行混合，然后进入还原炉，在还原炉高温硅芯表面发生还原反应，沉积形成多晶硅棒。

本发明其中一个实施例所述的去除高纯多晶硅的生产装置如图2所示，图2为本发明其中一个实施例所述的高纯多晶硅的生产装置。

其中：1为汽化装置，2为吸附装置，3为氢气提供装置，4为还原装置。

本发明通过突破技术惯性，克服偏见，创造性的在汽化装置之后、还原装置之前安装了吸附装置，同时结合特定的吸附剂对于氯硅烷的杂质进行吸附，特别是对于氯硅烷中磷、硼杂质去除率高，吸附效果好，得到的多晶硅纯度高，性能好。

本发明提供了一种去除高纯氯硅烷痕量杂质的方法，包括：

a)液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷；

b)所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，得到高纯氯硅烷；所述吸附剂为硅胶。

本发明提供的去除高纯氯硅烷痕量杂质的方法首先液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷。

本发明对于所述液相氯硅烷不进行限定，本领域技术人员熟知的液相氯硅烷即可。

所述汽化的温度优选为50℃～450℃；更优选为80℃～350℃；最优选为100℃～250℃。

得到气相氯硅烷后，将所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，得到高纯氯硅烷；所述吸附剂为硅胶。

按照本发明，所述吸附剂为硅胶；所述吸附剂还包括氯化铜；即为所述吸附剂优选为硅胶和氯化铜。所述氯化铜在所述吸附剂中的质量百分比优选为0.1％～30％；更优选为1％～28％；最优选为2％～25％；最最优选为4％～20％。

本发明所述硅胶的粒径优选为50μm～5mm；更优选为100μm～4mm；最优选为300μm～3mm。

所述吸附的温度优选为50℃～450℃；更优选为80℃～350℃；最优选为100℃～250℃。所述吸附的时间优选为10s-120s。

本发明创造性的发现，硅胶和氯化铜能够协同吸附氯硅烷的磷和硼杂质，效果好。

本发明提供了一种高纯多晶硅的生产方法，包括：

a)液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷；

b)所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，在氢气的存在下经还原装置还原得到高纯多晶硅；所述吸附剂为硅胶。

本发明提供的高纯多晶硅的生产方法首先将液相氯硅烷经汽化装置汽化后，得到气相氯硅烷。

本发明对于所述液相氯硅烷不进行限定，本领域技术人员熟知的液相氯硅烷即可。

所述汽化的温度优选为50℃～450℃；更优选为80℃～350℃；最优选为100℃～250℃。

得到气相氯硅烷后，将所述气相氯硅烷经吸附装置内的吸附剂吸附，在氢气的存在下经还原装置还原得到高纯多晶硅；所述吸附剂为硅胶。

按照本发明，所述吸附剂为硅胶；所述吸附剂还包括氯化铜；即为所述吸附剂优选为硅胶和氯化铜。所述氯化铜在所述吸附剂中的质量百分比优选为0.1％～30％；更优选为1％～28％；最优选为2％～25％；最最优选为4％～20％。

本发明所述硅胶的粒径优选为50μm～5mm；更优选为100μm～4mm；最优选为300μm～3mm。

所述吸附的温度优选为50℃～450℃；更优选为80℃～350℃；最优选为100℃～250℃。所述吸附的时间优选为10s-120s。

所述还原的温度为1000℃；还原的时间为95h。

其中，气相氯硅烷与氢气的混合温度优选为50℃～450℃；更优选为100～350℃；最优选为150～250℃。

按照本发明，所述步骤b)还可以为：所述气相氯硅烷与氢气混合，而后经吸附装置吸附，再经还原装置还原得到高纯多晶硅。

按照本发明，步骤b)还可以为：所述气相氯硅烷与氢气混合，而后经吸附装置吸附，再在氢气存在下经还原装置还原得到高纯多晶硅。

上述两种方式混合温度、吸附和还原温度等参数均与上述一致，在此不再赘述。

本发明通过上述方法得到高纯度的氯硅烷和高纯度的多晶硅。

本发明优选采用电感耦合等离子体质谱仪icp-ms进行磷、硼检测。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的高纯氯硅烷痕量杂质的装置和方法进行详细描述。

实施例1

汽化器出口与吸附装置入口相连，氢气提供装置出口与吸附装置入口相连。

实施例2

汽化器出口与吸附装置入口相连，吸附装置出口与还原炉入口相连。氢气提供装置出口与还原炉入口相连。

实施例3

按照本发明实施例1连接好装置，液相氯硅烷经汽化器汽化并加热到200℃，得到气相氯硅烷；气相氯硅烷经吸附装置内的硅胶200℃吸附，得到高纯氯硅烷。

测定处理前后氯硅烷中磷、硼杂质含量，结果如表1所示。

实施例4

按照本发明实施例1连接好装置，将96％硅胶和4％氯化铜混合均匀，干燥无水，填充吸附装置，液相氯硅烷经汽化器汽化并加热到200℃后，得到气相氯硅烷；气相氯硅烷经吸附装置内的96％硅胶和4％氯化铜200℃吸附，得到高纯氯硅烷。

测定处理前后氯硅烷中磷、硼杂质含量，结果如表1所示。

实施例5

按照本发明实施例1连接好装置，将90％硅胶和10％氯化铜混合均匀，干燥无水，填充吸附装置，液相氯硅烷经汽化器汽化并加热到200℃后，得到气相氯硅烷；气相氯硅烷经吸附装置内的90％硅胶和10％氯化铜200℃吸附，得到高纯氯硅烷。

测定处理前后氯硅烷中磷、硼杂质含量，结果如表1所示。

实施例6

按照本发明实施例2连接好装置，将96％硅胶和4％氯化铜混合均匀，干燥无水，填充吸附装置，液相氯硅烷经汽化器汽化并加热到200℃后，得到气相氯硅烷；气相氯硅烷和氢气混合，改混合物经吸附装置内的96％硅胶和4％氯化铜200℃吸附，再经还原炉还原，得到高纯多晶硅。

测定处理前后氯硅烷中磷、硼杂质含量，结果如表1所示。

表1为本发明实施例氯硅烷处理前后磷、硼杂质含量

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。