CN101830466B - 一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，其包括立管及第一硅芯套筒和第二硅芯套筒，第一硅芯套筒与第二硅芯套筒之间则通过连通管相连通，立管与第一硅芯套筒和第二硅芯套筒之间则通过导管相连通，这样使得使用带有该导热油硅芯夹套装置的多晶硅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，再通过导管均匀分散到各个第一硅芯套筒和第二硅芯套筒内，混合气体在高温通电的硅芯上分解，生成棒状多晶硅产品，本发明通过硅芯套筒内的热油，达到控制硅芯套筒内的温度的目的，使绝大多数硅烷在硅芯表面上分解，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，降低了生产能耗和生产成本。

Description

一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置

技术领域

本发明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的导热油硅芯夹套装置。

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℃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、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；2、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

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，其能够提高多晶硅分解炉的生产效率、降低多晶硅分解炉的生产能耗及生产成本。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，它包括立管、第一硅芯套筒及第二硅芯套筒，所述的立管设置于多晶硅分解炉的带冷却水夹套的钟罩式双层炉体内，所述的第一硅芯套筒套设于设置于所述的钟罩式双层炉体内的硅芯的第一硅芯段外，所述的第二硅芯套筒套设于设置于所述的钟罩式双层炉体内的硅芯的第二硅芯段外，所述的立管、所述的第一硅芯套筒及所述的第二硅芯套筒相互平行设置，所述的立管的一端与纵向贯穿设置于多晶硅分解炉的带冷却水夹套的底盘上的硅烷气体进气管的第二端口相连接，促使所述的立管与所述的硅烷气体进气管相连通，所述的立管的另一端为封闭端，所述的第一硅芯套筒的上部与所述的第二硅芯套筒的上部之间设置有用于导热油的连通管，所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒通过所述的连通管相连通，所述的第一硅芯套筒的底部设置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设置有纵向贯穿所述的底盘的热油出油管，所述的立管分别与所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒之间设置有用于导混合气体的导管，所述的立管分别与所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒通过所述的导管相连通。

所述的第一硅芯套筒包括第一外筒和第一内筒，所述的第一外筒与所述的第一内筒之间的空隙形成一个第一导热油空腔，所述的第二硅芯套筒包括第二外筒和第二内筒，所述的第二外筒与所述的第二内筒之间的空隙形成一个第二导热油空腔，所述的连通管设置于所述的第一外筒和所述的第二外筒之间，所述的第一导热油空腔和所述的第二导热油空腔通过所述的连通管相连通，所述的热油进油管与所述的第一导热油空腔相连通，所述的热油出油管与所述的第二导热油空腔相连通，所述的立管通过所述的导管分别与所述的第一内筒和所述的第二内筒相连通。

所述的立管沿其轴向均匀设置有多排导流孔，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，所述的导流孔与所述的导管相连通。

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。

所述的立管设置于所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒的中心位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于通过在对现有的悬挂式多晶硅分解炉改进后的新型的多晶硅分解炉中引入一个导热油硅芯夹套装置，该导热油硅芯夹套装置包括与硅烷气体进气管相连通的立管及分别套置于硅芯的第一硅芯段和第二硅芯段外的第一硅芯套筒和第二硅芯套筒，而第一硅芯套筒与第二硅芯套筒之间则通过连通管相连通，立管与第一硅芯套筒和第二硅芯套筒之间则通过导管相连通，这样使得使用设置有该导热油硅芯夹套装置的多晶硅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，再通过导管均匀分散到各个第一硅芯套筒和各个第二硅芯套筒内，混合气体在高温通电的硅芯上分解，生成棒状多晶硅产品，本发明通过第一硅芯套筒和第二硅芯套筒内的热油，达到控制第一硅芯套筒和第二硅芯套筒内的温度的目的，从而实现对硅芯周围温度的有效控制，使绝大多数硅烷在硅芯的表面上分解，防止硅烷在多晶硅分解炉内部空间分解，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。

附图说明

图1为设置有本发明的导热油硅芯夹套装置的多晶硅分解炉的纵剖结构示意图；

图2为设置有本发明的导热油硅芯夹套装置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发明作进一步详细描述。

现有的悬挂式多晶硅分解炉的生产效率低下，为有效提高生产效率，本发明在对现有的多晶硅分解炉作出改进后，并在改进后的新型的多晶硅分解炉内引入了一个导热油硅芯夹套装置。改进的新型的多晶硅分解炉如图所示，其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上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，底盘1上纵向贯穿上底板15和下底板16设置有硅烷气体进气管14，硅烷气体进气管14的第一端口141为用于通入硅烷和氢气的混合气体的气体进口；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；钟罩式双层炉体2内设置有硅芯4，硅芯4包括第一硅芯段41、第二硅芯段42及分别与第一硅芯段41和第二硅芯段42相连接的硅芯连接段43，底盘1上纵向贯穿底盘1设置有分别与第一硅芯段41与第二硅芯段42相连接的电极31，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。

在此具体实施例中，本发明的导热油硅芯夹套装置包括设置于钟罩式双层炉体2内的立管5、套设于第一硅芯段41外的第一硅芯套筒6及套设于第二硅芯段42外的第二硅芯套筒7，立管5、第一硅芯套筒6及第二硅芯套筒7相互平行设置且立管5设置于第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7的中心位置，立管5的一端与硅烷气体进气管14的第二端口142相连接促使立管5与硅烷气体进气管14相连通，立管5的另一端为封闭端，第一硅芯套筒6的上部与第二硅芯套筒7的上部之间设置有用于导热油的连通管53，第一硅芯套筒6与第二硅芯套筒7通过连通管53相连通，第一硅芯套筒6的底部设置有纵向贯穿底盘1的热油进油管61，第二硅芯套筒7的底部设置有纵向贯穿底盘1的热油出油管71，立管5与第一硅芯套筒6之间设置有用于导混合气体的导管52，立管5与第二硅芯套筒7之间也设置有用于导混合气体的导管52，立管5与第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7分别通过导管52相连通。

在此，第一硅芯套筒6包括第一外筒63和第一内筒64，第一外筒63与第一内筒64之间的空隙形成一个第一导热油空腔65，第二硅芯套筒7包括第二外筒73和第二内筒74，第二外筒73与第二内筒74之间的空隙形成一个第二导热油空腔75，连通管53设置于第一外筒63和第二外筒73之间，第一导热油空腔65和第二导热油空腔75通过连通管53相连通，热油进油管61与第一导热油空腔65相连通，热油出油管71与第二导热油空腔75相连通，导热油从热油进油管61进入第一硅芯套筒6的第一导热油空腔65内，再通过连通管53进入第二硅芯套筒7的第二导热油空腔75内，最后热油从热油出油管71流出，立管5通过导管52分别与第一内筒64和第二内筒74相连通，混合气体通过立管5后再分散通过导管52进入第一内筒64和第二内筒74内。使用设置有本发明的导热油硅芯夹套装置的多晶硅分解炉时，硅烷和氢气的混合气体通过硅烷气体进气管14进入立管5，再通过导管52均匀分散到各个第一硅芯套筒6和各个第二硅芯套筒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，本发明通过第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7内的热油，达到控制第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7内的温度的目的，从而实现对硅芯4周围温度的有效控制，使绝大多数硅烷在硅芯4的表面上分解，防止硅烷在多晶硅分解炉内部空间分解，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4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2的壁厚要求，最终降低了生产成本。

在此具体实施例中，本发明的导热油硅芯夹套装置可包括多个第一硅芯套筒6和多个第二硅芯套筒7，如包括两个第一硅芯套筒6和两个第二硅芯套筒7，如图2所示两个第一硅芯套筒6和两个第二硅芯套筒7呈正方形分布排列，立管5设置于它们的中心位置。

在此具体实施例中，在立管5上沿其轴向均匀设置有多排导流孔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，导流孔51与导管52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。

使用设置有本发明的温度控制装置的多晶硅分解炉时，参照图1、图2和图3，硅烷和氢气的混合气体按图3中箭头方向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和与导流孔51相连通的导管52均匀分散到各个第一硅芯套筒6和第二硅芯套筒7内，硅芯4的第一硅芯段41和第二硅芯段42分别位于第一硅芯套筒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，尾气从第一硅芯套筒6的第一内筒64的顶部和底部及第二硅芯套筒7的第二内筒74的顶部和底部排出，最终尾气通过尾气出气管13排出。

Claims (4)

1.一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，其特征在于它包括立管、第一硅芯套筒及第二硅芯套筒，所述的立管设置于多晶硅分解炉的带冷却水夹套的钟罩式双层炉体内，所述的第一硅芯套筒套设于设置于所述的钟罩式双层炉体内的硅芯的第一硅芯段外，所述的第二硅芯套筒套设于设置于所述的钟罩式双层炉体内的硅芯的第二硅芯段外，所述的立管、所述的第一硅芯套筒及所述的第二硅芯套筒相互平行设置，所述的立管的一端与纵向贯穿设置于多晶硅分解炉的带冷却水夹套的底盘上的硅烷气体进气管的第二端口相连接，促使所述的立管与所述的硅烷气体进气管相连通，所述的立管的另一端为封闭端，所述的第一硅芯套筒的上部与所述的第二硅芯套筒的上部之间设置有用于导热油的连通管，所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒通过所述的连通管相连通，所述的第一硅芯套筒的底部设置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设置有纵向贯穿所述的底盘的热油出油管，所述的立管分别与所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒之间设置有用于导混合气体的导管，所述的立管分别与所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒通过所述的导管相连通，所述的第一硅芯套筒包括第一外筒和第一内筒，所述的第一外筒与所述的第一内筒之间的空隙形成一个第一导热油空腔，所述的第二硅芯套筒包括第二外筒和第二内筒，所述的第二外筒与所述的第二内筒之间的空隙形成一个第二导热油空腔，所述的连通管设置于所述的第一外筒和所述的第二外筒之间，所述的第一导热油空腔和所述的第二导热油空腔通过所述的连通管相连通，所述的热油进油管与所述的第一导热油空腔相连通，所述的热油出油管与所述的第二导热油空腔相连通，所述的立管通过所述的导管分别与所述的第一内筒和所述的第二内筒相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，其特征在于所述的立管沿其轴向均匀设置有多排导流孔，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，所述的导流孔与所述的导管相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，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。

4.根据权利要求3所述的一种用于多晶硅分解炉的导热油硅芯夹套装置，其特征在于所述的立管设置于所述的第一硅芯套筒和所述的第二硅芯套筒的中心位置。

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