专利名称：一种太阳能级多晶硅的制备方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及太阳能级多晶硅的制备技术。
背景技术：
多晶硅是制造太阳能电池的基础材料，以前没有专门的太阳能级多晶硅生产线， 太阳能电池用硅是采用半导体工业生产废弃的头尾料、次品料及坩埚残料，这些废料纯度 7N以上，可以满足用于制造太阳电池。但数量很少，只能满足少量电子产品的需要。进入 21世纪以来，随着光伏产业的迅速崛起，对太阳能级多晶硅的需求呈级数增长。太阳能电池 市场急需能够大规模生产太阳能级硅的工艺技术。 目前，国内外太阳能级多晶硅生产方法多是采用西门子法，虽然它在投资、成本、 环保等方面存在诸多问题。但还没有一个能够完全替代西门子法的技术来满足目前光伏产 业对太阳能级多晶硅的需求。到目前为止，中国在建和已建西门子法项目数量近50家，规 模达到25万吨，实现产能达15万吨。国外一些西门子法多晶硅生产厂也在扩大生产规模。 西门子法生产多晶硅转化率较低，生产1吨多晶硅要产生至少6吨四氯化硅废弃物，有的工 厂达10-12吨。如何解决四氯化硅的污染问题已成为西门子法的技术难题。有的把四氯化 硅水解转化为白炭黑，有的把它做成水晶材料，有的在系统中增加氢化装置，力图将其转化 为三氯氢硅。 寻找新的适合于生产太阳能级多晶硅的生产方法已成为必然趋势，其中以金属钠 或锌为还原剂还原四氯化硅生产多晶硅方法就是其中一种。20世纪50年代美国杜邦公司 对锌还原四氯化硅方法生产多晶硅进行了开发研究，由于这种方法满足不了半导体工业对 多晶硅的质量要求而搁置。 中国专利CN1962434、CN101311346和CN1962434也公开了一种锌还原四氯化硅制 备多晶硅的方法，其反应原理为
SiCl4+2Zn — Si+2ZnCl2 其中，专利CN1962434还原剂为电解锌，纯度^ 99.999%。以上专利均是以气相 反应进行的，即锌金属气体与四氯化硅气体在1000-150(TC高温下还原得到多晶硅的方法。 每生产1吨多晶硅需要4.7吨金属锌，而且要求锌的纯度大于7N，才能满足还原出来的多晶 硅大于6N的目的。生产过程产生的氯化锌作为副产物销售，每生产1吨多晶硅将产出9. 7 吨氯化锌，同时需要不断补充新的电解锌来作为还原剂。专利CN101311346到得的氯化锌 纯度在99. 9%或更高纯度，反应物废气中金属锌和硅经过氯气氯化处理，这样势必增加多 晶硅和锌的损失。该类方法均是气一气反应，存在着反应物质量比难控制、能耗高、工艺复 杂以及设备腐蚀严重等问题。
发明内容
针对以上现有的技术问题，本发明提供一种太阳能级多晶硅的制备方法及装置， 达到简化工艺、降低能耗的目的。
本发明提出了一种以金属锌为还原剂、四氯化硅为原料，进行气-液还原反应生 产太阳能多晶硅的新工艺，该方法可以西门子法生产的废弃物四氯化硅为原料，也可采用 冶金级四氯化硅为原料，因此本工艺解决了西门子法生产太阳能多晶硅的四氯化硅排放问 题，同时该工艺是在较低的温度下进行的气液反应，因此具有生产成本低、工艺简单等优 点。 本发明的工艺流程如图1所示。将四氯化硅废料(或冶金级四氯化硅)蒸馏提纯 达到7N级，将电解得到的金属锌蒸馏提纯到7N级。将还原剂储备室和反应室温度控制为 650 900°C 。将加热熔化的液态锌，经还原剂液体入口加入到还原剂储备室的还原剂储罐 中，液态锌受重力作用进入反应喷嘴，7N级四氯化硅气体由SiCh进气管喷入反应喷嘴，液 态锌和7N级四氯化硅气体在650 90(TC温度下发生气液还原反应，如下式
SiCl4(g) +2Zn (1) — Si(s)+2ZnCl2(g) 为防止还原剂遇到SiCl4冷气吸热凝固，SiCl4在SiCl4准备系统被加热到反应温 度650 900°C。 反应生成粉状的晶体硅和气态的ZnC^，在喷吹作用下反应产物和未反应的还原 剂锌被携带到反应室。未反应的还原剂与SiCl4辅助进气管吹入的SiCl4充分反应，并带动 反应室内气体产生涡旋流动，使全部产物被带入捕集器，在捕集器内被捕集的多晶硅产品 经由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中还含有少量的金属锌，将其放入真空蒸馏装置 中蒸馏，锌的沸点是907t:，在1100 137(TC温度，0. 1 15Pa条件下蒸馏，可以将多晶硅 中的锌蒸馏除去。经过蒸馏除锌的多晶硅进入到定向凝固系统，在定向凝固炉中，将硅加热 到1414 165(TC，然后定向凝固，经过定向凝固得到块状多晶硅，切掉头部杂质部分得到 6N级太阳能多晶硅。 SiCl4和还原剂Zn完全反应的质量比是1.3 : 1，为了使还原剂完全反应，SiCl4 是过量的，比化学计量比过量5 60%。控制SiCl4气体的压力为0. 1 lMPa。
实际反应配比是由SiCh进气管和SiCl4辅助进气管内的压力调节的。SiCh进气 管和SiCl4辅助进气管内的压力由SiCl4准备系统控制。SiCl4气体过量配比使得操作简 单，易于控制，并能保证还原剂的完全反应。 从捕集器出来的废气主要是ZnCl2气体和未参与反应的SiCl4气体，ZnCl2的沸点 是732t:，熔点是283°C， SiCl4的沸点是57. 6°C ，熔点是_70°C ，将废气引入冷凝分离系统 中，将冷凝器温度控制为350 650°C ，得到液态ZnCl2，然后进入蒸馏提纯系统进行提纯。 SiCl4气体送SiCl4蒸馏提纯系统返回再利用。 ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气，其中氯气送到西门子法制备太阳能级 多晶硅工厂或硅氯化炉系统中作为制备SiCl4的原料，Zn经过蒸馏提纯返回到SiCl4还原 系统继续作为还原剂继续使用。电解在玻璃内衬的电解槽中500 65(TC温度下进行，电流 密度为:1500 5000A/m2，槽电压4 IOV。
本发明的装置由反应器和捕集器两部分组成。 反应器由还原剂储备室和反应室两部分组成，还原剂储罐置于还原剂储备室中， 还原剂储罐的材料可以是石英材料，也可以是碳化硅，或纯度^ 99. 9%的高纯石墨材料，还 原剂储备室可以采用感应加热，也可以采用电阻加热。还原剂储备室上部安装有还原剂液 体入口，用于向还原剂储罐中加料。反应室内设置有反应喷嘴，反应喷嘴与还原剂储罐通过导管连通，SiCl4进气管伸入到反应喷嘴内，SiCl4辅助进气管与反应室连通。反应喷嘴、 SiCh进气管和SiCl4辅助进气管的材料是石英材料，也可以是碳化硅，或纯度》99. 9%的 高纯石墨材料。反应室设置有物料出口。
反应室物料出口通过导管与捕集器物料入口连通。 捕集器由一级捕集器和二级捕集器构成，每级捕集器均在上部设置有废气出口， 在侧壁上端设置有物料入口 ，下部设置锁气阀和多晶硅出口 ，捕集器的筒体内衬一层防腐 耐高温涂层，该防腐耐高温涂层为搪玻璃或搪瓷材料，一级捕集器的废气出口与二级捕集 器的物料入口相连。 锁气阀选用的材料为不锈钢316或316L材料。 从反应器出来的气体以较高的速度经物料入口沿捕集器旋风筒的切线方向送入 捕集器，气流由直线运动转变为圆周运动，并同时分成上下两股外旋流，向上的外旋流在捕 集器的顶部被顶盖阻挡而返回，向下的外旋流在捕集器内形成自上而下的剧烈螺旋运动， 并产生离心力，将粉末状的多晶硅与SiCl4和ZnCl2气体分离，粉末状的多晶硅在离心力的 作用下，抛向筒壁沿筒壁向下旋转至捕集器下部的储料斗内沉积。 捕集器设计成两级，在二级捕集器中将一级捕集器没有捕集的细微粉末多晶硅捕 集。 本发明与西门子法等方法相比具有以下优点和明显的进步 1、以四氯化硅为原料在较低的还原温度下实现还原剂与四氯化硅气液反应生产 太阳能级多晶硅，本发明方法解决了西门子法生产的环保问题又得到了原料氯气和产品多 晶硅，本发明方法在密闭系统中连续进行，实现了Zn和CL气的循环利用，无废弃物排放。 反应温度低，自动化程度高，易于实现连续生产，生产效率高，质量稳定，易于实现工业化。
2、本发明方法以液态金属Zn为还原剂，气态四氯化硅为原料，在650 90(TC温 度条件下进行气液快速还原过程制备太阳能用多晶硅，反应产物为粉末的晶体硅和气态 ZnClJ循环利用)。与西门子法相比该技术没有四氯化硅废弃物污染；与传统的Zn还原四 氯化硅气气反应过程制备多晶硅相比，本发明具有反应速度快，反应物配比易控制，流程短 及反应过程易控制，能耗低等优点。 3、与西门子法等现有的制备太阳能多晶硅的工艺相比，本发明技术具有设备简 单，操作方便等优点。 4、本发明方法主要原料是西门子法的废弃的四氯化硅或冶金级四氯化硅经过蒸馏 提纯得到的7N级的四氯化硅，具有生产成本低等优点，同时解决了西门子法的污染问题。
5、本发明的还原产物ZnCl2经蒸馏提纯后进行电解，得到电解Zn和氯气，电解槽 的电极是经过氯气清洗的高纯石墨电极。其中，金属经蒸馏提纯后返回到四氯化硅的还原 系统中循环利用；氯气返回到氯化系统中循环利用，实现了金属Zn和氯气的循环使用。与 西门子法等现有制备太阳能多晶硅的工艺相比，本发明具有无污染、生产成本低等优点。
6、经计算可知，每生产lkg多晶硅需要消耗6.05kg SiCl4和4.66kg还原剂Zn，当 SiCl4和还原剂Zn纯度大于等于7N时，可以保证还原得到的多晶硅纯度大于等于6N。
图1是本发明的太阳能级多晶硅的制备方法流程 图2是本发明的装置结构示意图，图中箭头表示物料流动方向； 图3是单级捕集器结构示意图，上图为主视图，下图为俯视图，图中箭头表示物料
流动方向； 图中l还原剂储备室，2还原剂储罐，3还原剂液体入口，4反应室，5SiCl4辅助进 气管，6反应喷嘴，7SiCl4进气管，8物料出口 ， 9废气出口 ， 10物料入口 ， 11 一级捕集器，12 锁气阀，13多晶硅出口， 14 二级捕集器，15防腐耐高温涂层，16筒体。
具体实施例方式
以下通过实施例进一步说明本发明。 如附图所示，本发明的装置由反应器和捕集器两部分组成，反应器由还原剂储备 室和反应室两部分组成，还原剂储罐2置于还原剂储备室1中，还原剂储罐2的材料可以是 石英材料，也可以是碳化硅或高纯石墨材料，还原剂储备室1可以采用感应加热，也可以采 用电阻加热。还原剂储备室1上部安装有还原剂液体入口 3，用于向还原剂储罐2中加料。 反应室4内设置有反应喷嘴6，反应喷嘴6与还原剂储罐2通过导管连通，SiCl4进气管7 伸入到反应喷嘴6内，SiCl4辅助进气管5与反应室4连通。反应喷嘴6、SiCl4进气管7和 SiCl4辅助进气管5的材料是石英材料，也可以是碳化硅或高纯石墨材料。反应室4设置有 物料出口 8。 反应室物料出口 8通过导管与捕集器物料入口 10连通。 捕集器由一级捕集器11和二级捕集器14构成，每级捕集器均在上部设置有废气
出口 9，在侧壁上端设置有物料入口 IO，下部设置锁气阀12和多晶硅出口 13，捕集器的筒体
16内衬一层防腐耐高温涂层15，该防腐耐高温涂层为搪玻璃或搪瓷材料，一级捕集器11的
废气出口与二级捕集器14的物料入口相连。 锁气阀12选用的材料为不锈钢316或316L材料。 实施例1 将四氯化硅废料蒸馏提纯达到7N级，将电解得到的金属锌蒸馏提纯到7N级。将 还原剂储备室和反应室温度控制为7S(TC。将加热熔化的液态锌，经还原剂液体入口加入 到还原剂储备室的还原剂储罐中，液态锌受重力作用进入反应喷嘴，7N级四氯化硅气体由 SiCl4进气管喷入反应喷嘴，液态锌和7N级四氯化硅气体在78(TC温度下发生气液还原反 应，如下式: SiCl4 (g) +2Zn (1) — Si (s) +2ZnCl2 (g) 为防止还原剂遇到SiCl4冷气吸热凝固，SiCl4在SiCl4准备系统被加热到反应温 度780°C。 反应生成粉状的晶体硅和气态的ZnCl2，在喷吹作用下反应产物和未反应的还原 剂锌被携带到反应室。未反应的还原剂与SiCl4辅助进气管吹入的SiCl4充分反应，并带 动反应室内气体产生涡旋流动，使全部产物被带入捕集器，在捕集器内被捕集的多晶硅产 品经由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中还含有少量的金属锌，将其放入真空蒸馏装 置中蒸馏，锌的沸点是907t:，在120(TC温度、8Pa条件下蒸馏，可以将多晶硅中的锌蒸馏除 去。经过蒸馏除锌的多晶硅进入到定向凝固系统，在定向凝固炉中，将硅加热到150(TC，然 后定向凝固，经过定向凝固得到块状多晶硅，切掉头部杂质部分得到6N级太阳能多晶硅。
SiCl4和还原剂Zn完全反应的质量比是1.3 : 1，为了使还原剂完全反应，SiCl4 是过量的，比化学计量比过量30%。控制SiCh气体的压力为0. 5MPa。
实际反应配比是由SiCh进气管和SiCl4辅助进气管内的压力调节的。SiCh进气 管和SiCl4辅助进气管内的压力由SiCl4准备系统控制。SiCl4气体过量配比使得操作简 单，易于控制，并能保证还原剂的完全反应。 从捕集器出来的废气主要是ZnCl2气体和未参与反应的SiCl4气体，ZnCl2的沸点 是732t:，熔点是283°C， SiCl4的沸点是57. 6°C ，熔点是_70°C ，将废气引入冷凝分离系统 中，将冷凝器温度控制为500°C ，得到液态ZnCl2，然后进入蒸馏提纯系统进行提纯。SiCl4气 体送SiCl4蒸馏提纯系统返回再利用。 ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气，其中氯气送到西门子法制备太阳能级 多晶硅工厂作为制备SiCl4的原料，Zn经过蒸馏提纯返回到SiCl4还原系统继续作为还原 剂继续使用。电解在玻璃内衬的电解槽中58(TC温度下进行，电流密度为3000A/m、槽电压 7V。 从反应器出来的气体以较高的速度经物料入口沿捕集器旋风筒的切线方向送入
捕集器，气流由直线运动转变为圆周运动，并同时分成上下两股外旋流，向上的外旋流在捕
集器的顶部被顶盖阻挡而返回，向下的外旋流在捕集器内形成自上而下的剧烈螺旋运动，
并产生离心力，将粉末状的多晶硅与SiCl4和ZnCl2气体分离，粉末状的多晶硅在离心力的
作用下，抛向筒壁沿筒壁向下旋转至捕集器下部的储料斗内沉积。 实施例2 将冶金级四氯化硅蒸馏提纯达到7N级，将电解得到的金属锌蒸馏提纯到7N级。 将还原剂储备室和反应室温度控制为900°C。将加热熔化的液态锌，经还原剂液体入口加 入到还原剂储备室的还原剂储罐中，液态锌受重力作用进入反应喷嘴，7N级四氯化硅气体 由SiCl4进气管喷入反应喷嘴，液态锌和7N级四氯化硅气体在90(TC温度下发生气液还原 反应，如下式 SiCl4(g) +2Zn (1) — Si(s)+2ZnCl2(g) 为防止还原剂遇到SiCl4冷气吸热凝固，SiCl4在SiCl4准备系统被加热到反应温 度900。C。 反应生成粉状的晶体硅和气态的ZnCl2，在喷吹作用下反应产物和未反应的还原 剂锌被携带到反应室。未反应的还原剂与SiCl4辅助进气管吹入的SiCl4充分反应，并带动 反应室内气体产生涡旋流动，使全部产物被带入捕集器，在捕集器内被捕集的多晶硅产品 经由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中还含有少量的金属锌，将其放入真空蒸馏装置 中蒸馏，锌的沸点是907t:，在137(rC温度，15Pa条件下蒸馏，可以将多晶硅中的锌蒸馏除 去。经过蒸馏除锌的多晶硅进入到定向凝固系统，在定向凝固炉中，将硅加热到165(TC，然 后定向凝固，经过定向凝固得到块状多晶硅，切掉头部杂质部分得到6N级太阳能多晶硅。
SiCl4和还原剂Zn完全反应的质量比是1.3 : 1，为了使还原剂完全反应，SiCl4 是过量的，比化学计量比过量60%。控制SiCl4气体的压力为lMPa。 实际反应配比是由SiCl4进气管和SiCl4辅助进气管内的压力调节的。SiCh进气 管和SiCl4辅助进气管内的压力由SiCl4准备系统控制。SiCl4气体过量配比使得操作简 单，易于控制，并能保证还原剂的完全反应。
从捕集器出来的废气主要是ZnCl2气体和未参与反应的SiCl4气体，ZnCl2的沸点 是732t:，熔点是283°C， SiCl4的沸点是57. 6°C ，熔点是_70°C ，将废气引入冷凝分离系统 中，将冷凝器温度控制为650°C ，得到液态ZnCl2，然后进入蒸馏提纯系统进行提纯。SiCl4气 体送SiCl4蒸馏提纯系统返回再利用。 ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气，其中氯气送到西门子法制备太阳能级 多晶硅工厂或硅氯化炉系统中作为制备SiCl4的原料，Zn经过蒸馏提纯返回到SiCl4还原 系统继续作为还原剂继续使用。电解在玻璃内衬的电解槽中65(TC温度下进行，电流密度 为5000A/m2，槽电压IOV。 从反应器出来的气体以较高的速度经物料入口沿捕集器旋风筒的切线方向送入
捕集器，气流由直线运动转变为圆周运动，并同时分成上下两股外旋流，向上的外旋流在捕
集器的顶部被顶盖阻挡而返回，向下的外旋流在捕集器内形成自上而下的剧烈螺旋运动，
并产生离心力，将粉末状的多晶硅与SiCl4和ZnCl2气体分离，粉末状的多晶硅在离心力的
作用下，抛向筒壁沿筒壁向下旋转至捕集器下部的储料斗内沉积。 实施例3 将四氯化硅废料蒸馏提纯达到7N级，将电解得到的金属锌蒸馏提纯到7N级。将 还原剂储备室和反应室温度控制为650°C。将加热熔化的液态锌，经还原剂液体入口加入 到还原剂储备室的还原剂储罐中，液态锌受重力作用进入反应喷嘴，7N级四氯化硅气体由 SiCl4进气管喷入反应喷嘴，液态锌和7N级四氯化硅气体在65(TC温度下发生气液还原反 应，如下式: SiCl4 (g) +2Zn (1) — Si (s) +2ZnCl2 (g) 为防止还原剂遇到SiCl4冷气吸热凝固，SiCl4在SiCl4准备系统被加热到反应温 度650。C。 反应生成粉状的晶体硅和气态的ZnCl2，在喷吹作用下反应产物和未反应的还原 剂锌被携带到反应室。未反应的还原剂与SiCl4辅助进气管吹入的SiCl4充分反应，并带动 反应室内气体产生涡旋流动，使全部产物被带入捕集器，在捕集器内被捕集的多晶硅产品 经由多晶硅出口收集。收集得到的多晶硅中还含有少量的金属锌，将其放入真空蒸馏装置 中蒸馏，锌的沸点是907t:，在IIO(TC温度，O. lPa条件下蒸馏，可以将多晶硅中的锌蒸馏除 去。经过蒸馏除锌的多晶硅进入到定向凝固系统，在定向凝固炉中，将硅加热到141fC，然 后定向凝固，经过定向凝固得到块状多晶硅，切掉头部杂质部分得到6N级太阳能多晶硅。
SiCl4和还原剂Zn完全反应的质量比是1.3 : 1，为了使还原剂完全反应，SiCl4 是过量的，比化学计量比过量5%。控制SiCl4气体的压力为0. lMPa。 实际反应配比是由SiCh进气管和SiCl4辅助进气管内的压力调节的。SiCh进气 管和SiCl4辅助进气管内的压力由SiCl4准备系统控制。SiCl4气体过量配比使得操作简 单，易于控制，并能保证还原剂的完全反应。 从捕集器出来的废气主要是ZnCl2气体和未参与反应的SiCl4气体，ZnCl2的沸点 是732t:，熔点是283°C， SiCl4的沸点是57. 6°C ，熔点是_70°C ，将废气引入冷凝分离系统 中，将冷凝器温度控制为350°C ，得到液态ZnCl2，然后进入蒸馏提纯系统进行提纯。SiCl4气 体送SiCl4蒸馏提纯系统返回再利用。 ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气，其中氯气送到西门子法制备太阳能级多晶硅工厂或硅氯化炉系统中作为制备SiCl4的原料，Zn经过蒸馏提纯返回到SiCl4还原系统继续作为还原剂继续使用。电解在玻璃内衬的电解槽中50(TC温度下进行，电流密度为1500A/m2，槽电压4V。 从反应器出来的气体以较高的速度经物料入口沿捕集器旋风筒的切线方向送入捕集器，气流由直线运动转变为圆周运动，并同时分成上下两股外旋流，向上的外旋流在捕集器的顶部被顶盖阻挡而返回，向下的外旋流在捕集器内形成自上而下的剧烈螺旋运动，并产生离心力，将粉末状的多晶硅与SiCl4和ZnCl2气体分离，粉末状的多晶硅在离心力的作用下，抛向筒壁沿筒壁向下旋转至捕集器下部的储料斗内沉积。
权利要求
一种太阳能级多晶硅的制备装置，其特征在于由反应器和捕集器两部分组成，反应器由还原剂储备室和反应室两部分组成，还原剂储罐置于还原剂储备室中，还原剂储备室上部安装有还原剂液体入口，反应室内设置有反应喷嘴，反应喷嘴与还原剂储罐通过导管连通，SiCl4进气管伸入到反应喷嘴内，SiCl4辅助进气管与反应室连通，反应室设置有物料出口，反应室物料出口通过导管与捕集器物料入口连通，捕集器由一级捕集器和二级捕集器构成，每级捕集器均在上部设置有废气出口，在侧壁上端设置有物料入口，下部设置锁气阀和多晶硅出口，捕集器的筒体内衬一层防腐耐高温涂层，一级捕集器的废气出口与二级捕集器的物料入口相连。
2. 按照权利要求1所述的太阳能级多晶硅的制备装置，其特征在于还原剂储罐的材料 是石英、碳化硅或高纯石墨；还原剂储备室采用感应加热或采用电阻加热。
3. 按照权利要求1所述的太阳能级多晶硅的制备装置，其特征在于反应喷嘴、SiCh进 气管和SiCl4辅助进气管的材料是石英、碳化硅或高纯石墨。
4. 按照权利要求1所述的太阳能级多晶硅的制备装置，其特征在于防腐耐高温涂层为 搪玻璃或搪瓷材料。
5. 按照权利要求1所述的太阳能级多晶硅的制备装置，其特征在于锁气阀选用的材料 为不锈钢316或316L。
6. 采用权利要求1所述的装置制备太阳能级多晶硅的方法，其特征在于 将四氯化硅废料或冶金级四氯化硅蒸馏提纯达到7N级，将电解得到的金属锌蒸馏提纯到7N级，将还原剂储备室和反应室温度控制为650 90(TC，将加热熔化的液态锌，经还 原剂液体入口加入到还原剂储备室的还原剂储罐中，液态锌受重力作用进入反应喷嘴，7N 级四氯化硅气体由SiCl4进气管喷入反应喷嘴，液态锌和7N级四氯化硅气体在650 90(TC 温度下发生气液还原反应；反应生成粉状的晶体硅和气态的ZnCl2，在喷吹作用下反应产物和未反应的还原剂锌 被携带到反应室，未反应的还原剂与SiCl4辅助进气管吹入的SiCl4充分反应，并带动反应 室内气体产生涡旋流动，使全部产物被带入捕集器，在捕集器内被捕集的多晶硅产品经由 多晶硅出口收集，将收集得到的多晶硅放入真空蒸馏装置中，在1100 137(TC温度、0. l 15Pa条件下蒸馏，将多晶硅中的锌蒸馏除去，经过蒸馏除锌的多晶硅进入到定向凝固系统， 在定向凝固炉中，将硅加热到1414 165(TC，然后定向凝固，得到块状多晶硅，切掉头部杂 质部分得到6N级太阳能多晶硅；将从捕集器出来的废气引入冷凝分离系统中，将冷凝器温度控制为350 65(TC，得到 液态ZnCl2，然后进入蒸馏提纯系统进行提纯，SiCl4气体送SiCl4蒸馏提纯系统返回再利 用；ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气，其中氯气送到西门子法制备太阳能级多晶 硅工厂或硅氯化炉系统中作为制备SiCl4的原料，Zn经过蒸馏提纯返回到SiCl4还原系统 继续作为还原剂继续使用。
7. 按照权利要求6所述的制备太阳能级多晶硅的方法，其特征在于SiCl4在SiCl4准 备系统被加热到650 900°C 。
8. 按照权利要求6所述的制备太阳能级多晶硅的方法，其特征在于按照质量比，SiCl4 比化学计量比过量5 60%，控制SiCl4气体的压力为0. 1 lMPa。
9.按照权利要求6所述的制备太阳能级多晶硅的方法，其特征在于ZnCl2蒸馏提纯 后进行电解，电解在玻璃内衬的电解槽中500 65(TC温度下进行，电流密度为1500 5000A/m2，槽电压4 IOV。
全文摘要
一种太阳能级多晶硅的制备方法及装置，装置由反应器和捕集器两部分组成，反应器由还原剂储备室和反应室两部分组成，捕集器由一级捕集器和二级捕集器构成。控制液态锌和7N级四氯化硅气体在650～900℃反应；产物被带入捕集器，将收集得到的多晶硅真空蒸馏、定向凝固得到6N级太阳能多晶硅；废气中SiCl4返回利用，ZnCl2蒸馏提纯后进行电解得到Zn和氯气返回利用。本发明方法主要原料是西门子法废弃的四氯化硅或冶金级四氯化硅经过蒸馏提纯得到的7N级的四氯化硅，生产成本低，同时解决了西门子法的污染问题。
文档编号C01B33/033GK101759187SQ201010010059
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者吕国志, 张廷安, 李景江, 李瑞冰, 豆志河 申请人:沈阳金博新技术产业有限公司;东北大学