一种多晶硅的制备方法与流程

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种多晶硅的制备方法。

背景技术

多晶硅是制备太阳能电池的原材料，是全世界光伏产业的基础。目前国内外大多数工厂都采用三氯氢硅作为硅源来生产多晶硅。虽然这种方法产率不低，但这种方法均将生产过程中产生的二氯二氢硅分离出来作为副产品处理。这不但工艺复杂，而且又浪费了原材料工业硅，导致生产成本很高。

早先也曾经采用过二氯二氢硅法作为硅源来生产半导体多晶硅。这种方法生产速率很高，但由于其硅的自由基较活泼，反应温度较低，部分物料会发生均相成核，即部分硅不是生长在还原炉内的硅棒或硅芯上，而是在还原炉空腔中直接反应生成硅，并聚集在底盘、炉壁之上而无法回收，从而使得该方法实际收率很低。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种多晶硅的制备方法，所述制备方法使生成的多晶硅生长于硅棒或硅芯上，提高收率，缩短硅棒的整个生长周期；同时，降低电耗，节约成本。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种多晶硅的制备方法，包括：

将二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气混合，得到混合料；

将混合料送入还原炉，第三混合料进行气相化学沉淀反应，在硅芯表面生成多晶硅，得到硅棒。

优选的，所述制备方法还包括：加热汽化二氯二氢硅，得到所述二氯二氢硅气体。

优选的，所述加热汽化二氯二氢硅过程，加热汽化温度为100℃～110℃。

优选的，所述制备方法还包括：加热汽化三氯氢硅，得到所述三氯氢硅气体。

优选的，所述加热汽化三氯氢硅过程，加热汽化温度为100℃～110℃。

优选的，所述制备方法还包括：所述氢气为经过预热处理的氢气。

优选的，所述预热处理过程，预热处理温度为90℃～100℃。

优选的，所述制备方法具体包括：

将二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气在混合内混合，得到混合料；

将混合料送入还原炉，第三混合料在还原炉内进行气相化学沉淀反应，在还原炉内的硅芯表面生成多晶硅，得到硅棒。

优选的，所述气相化学沉淀反应温度条件为1020℃～1120℃，压力条件为优选的，所述气相化学沉淀反应温度条件为1020℃～1120℃，压力条件为0.45mpa～0.5mpa。

优选的，所述制备方法还包括：硅棒生长过程中逐步降低所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量。

优选的，所述制备方法还包括：以体积百分比计，硅棒生长初期所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为10％～15％，完成硅棒生长时所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为2％。

优选的，所述硅棒的整个生长周期在100小时以内。

优选的，所述混合气中所述二氯二氢硅气体和所述三氯氢硅气体总含量与所述氢气含量的摩尔比为1：2～1：10。

本申请与现有技术相比，其详细说明如下：

本申请提供了一种多晶硅的制备方法，本发明将二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气混合，得到混合料；即实现将对二氯二氢硅气体的单独控制，单独进料。从而实现对硅棒生长过程中混合料中二氯二氢硅气体的含量的控制。进一步的，本发明在硅棒生长过程中逐步降低混合料中二氯二氢硅气体含量，以体积百分比计，硅棒生长初期混合料中二氯二氢硅气体含量为10％～15％，完成硅棒生长时所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为2％。第一、二氯二氢硅的沉积温度低于三氯氢硅，采用二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气作为原料，相对于仅采用三氯氢硅可降低气相化学沉积过程电耗，从而降低生产成本；第二、采用逐步降低混合料中二氯二氢硅气体含量的方式，由硅棒生长初期的10％～15％，降低至2％，初期采用10％～15％的二氯二氢硅气体可有效加速反应，降低能耗，同时，该含量的二氯二氢硅气体为气相化学沉积原料，可避免二氯二氢硅剧烈反应产生粉体；逐步降低混合料中二氯二氢硅气体含量，使得三氯氢硅反应生成硅、氯化氢、氢气、四氯化硅和二氯二氢硅，二氯二氢硅反应生成硅和氯化氢，二氯二氢硅在还原炉中达到一个动态平衡，进一步实现二氯二氢硅气体有效加速反应，降低电耗的同时，避免二氯二氢硅剧烈反应产生粉体。从而实现降低电耗，节约成本，使生成的多晶硅生长于硅棒或硅芯上，提高收率，缩短硅棒的整个生长周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多晶硅的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，

一种多晶硅的制备方法，包括：

100℃～110℃加热汽化二氯二氢硅，得到二氯二氢硅气体；所述制备方法还包括：100℃～110℃加热汽化三氯氢硅，得到所述三氯氢硅气体；

将二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气在混合内混合，得到混合料；所述氢气为经过预热处理的氢气，预热处理温度为90℃～100℃；

将混合料送入还原炉，第三混合料在还原炉内进行气相化学沉淀反应，在还原炉内的硅芯表面生成多晶硅，得到硅棒；所述气相化学沉淀反应温度条件为1020℃～1120℃，压力条件为0.45mpa～0.5mpa。

其中，

所述混合气中所述二氯二氢硅气体和所述三氯氢硅气体总含量与所述氢气含量的摩尔比为1：2～1：10。

所述制备方法还包括：控制述二氯二氢硅气体的进气量，硅棒生长过程中逐步降低所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量；以体积百分比计，硅棒生长初期所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为10％，完成硅棒生长时所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为2％。

上述多晶硅的制备方法，生成的多晶硅生长于硅棒或硅芯上，一次转化率为大于15％，硅棒的整个生长周期在100小时以内，生成每公斤多晶硅平均耗电量为48度(以24对电击棒多晶硅还原炉计)。

实施例2

本实施例和和实施例1的区别仅在于，以体积百分比计，硅棒生长初期所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为12％。

上述多晶硅的制备方法，生成的多晶硅生长于硅棒或硅芯上，一次转化率为大于16％，硅棒的整个生长周期在100小时以内，生成每公斤多晶硅平均耗电量为47度(以24对电击棒多晶硅还原炉计)。

实施例3

本实施例和和实施例1的区别仅在于，以体积百分比计，硅棒生长初期所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为15％。

上述多晶硅的制备方法，生成的多晶硅生长于硅棒或硅芯上，一次转化率为大于17％，硅棒的整个生长周期在100小时以内，生成每公斤多晶硅平均耗电量为46度(以24对电击棒多晶硅还原炉计)。

对照例1

一种多晶硅的制备方法，包括：

100℃～110℃加热汽化二氯二氢硅，得到二氯二氢硅气体；所述制备方法还包括：100℃～110℃加热汽化三氯氢硅，得到所述三氯氢硅气体；

将二氯二氢硅气体、三氯氢硅气体和氢气在混合内混合，得到混合料；所述氢气为经过预热处理的氢气，预热处理温度为90℃～100℃；

将混合料送入还原炉，第三混合料在还原炉内进行气相化学沉淀反应，在还原炉内的硅芯表面生成多晶硅，得到硅棒；所述气相化学沉淀反应温度条件为1020℃～1120℃，压力条件为0.45mpa～0.5mpa。

其中，

所述混合气中所述二氯二氢硅气体和所述三氯氢硅气体总含量与所述氢气含量的摩尔比为1：2～1：10。以体积百分比计，所述混合料中所述二氯二氢硅气体含量为小于4％。

上述多晶硅的制备方法，硅棒生长后期产生大量硅粉。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，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。