CN106061845A - 用于生产多晶硅的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生产多晶硅的方法，包括提供多晶硅棒，将多晶硅棒粉碎成多晶片段，并通过将其引入到包括底部、壁和开口的纸板容器中包装该多晶硅片段，用塑料材料涂覆与多晶片段接触的至少底部和壁的内表面。

Description

用于生产多晶硅的方法

技术领域

本发明涉及用于生产多晶硅的方法。

背景技术

通过西门子法由如三氯硅烷的卤代硅烷主要将多晶硅(Polycrystallinesilicon，polysilicon)沉积在细棒上，这产生多晶硅棒，随后将其粉碎成多晶硅块。粉碎成块之后，通常将这些归类为特定尺寸类别。分拣(整理，sorting)和归类之后，将块配料至具体重量并将其包装在塑料袋中。由US 2013309524A1已知用于分拣、归类、配料和包装块的对应方法。

对于半导体和太阳能工业中的应用而言，期望具有最低污染水平的块状多晶硅。因此期望在最低污染水平下完成粉碎成块、分拣和归类、配料和包装。

一般地，在各个加工步骤之间需要将块从一个装置运输到另一个装置，例如从粉碎装置到包装机。在该情况下，通常将块立即存储在称为缓冲容器的装置中，缓冲容器一般是塑胶箱。

最后的加工步骤始终是包装在塑料袋中，但这由于以下事实存在问题，块状多晶硅边缘锐利，不能自由流动的大块材料在填充过程中可刺破塑料袋或更糟糕的情况下完全损坏塑料袋。

出于该目的，DE 10 2007 027 110 A1公开了用于包装多晶硅的方法，包括通过填充设备将多晶硅填充到自由悬挂的、完全成型的袋子中，并闭合由此填充的袋子，其中，袋子由壁厚为10至1000μm的高纯度塑料组成，其中填充设备包括非金属低污染材料的自由悬挂的减能器，在填充多晶硅之前将减能器引入到塑料袋中并通过其将多晶硅填充到塑料袋中，然后从填充有多晶硅的塑料袋中除去自由悬挂的减能器，并闭合塑料袋。

在塑料袋内提供减能器的这种方法可在很大程度上防止包装期间刺破塑料袋。然而，这仅适用于小或轻的块。

已经发现袋子损坏风险随着块质量成比例升高。

没有发现能够想到的通过强化薄膜袋减少刺破率的方式是非常可行的，尤其是因为这种柔韧性低的膜将难以处理。使用的包装机不适用于厚度大于350μm的膜。此外，将花费很多时间来焊接这种厚袋子，这降低生产量。

袋子的这种刺破不仅可以发生在包装操作期间，还可以发生在运输给用户的过程中。块状多晶硅边缘锐利，因此在块在袋子中不利的方向的情况下，块相对于薄膜袋的移动和块对薄膜袋的压力分别导致块切割或刺破薄膜袋。

经验示出填充有块状多晶硅的由商业PE膜制成的袋子在运输过程中或运输之后表现出已经破损敞开的焊缝。

从袋子包装中突出的块可以被周围材料直接污染，且内部块由于流入的周围空气被污染，这是不可接受的。在所谓的双层袋子中也会出现该问题，其中，将多晶硅填充到第一袋子中以及随后将该第一袋子引入到第二袋子中。

对于较大的块，US 20130269295 A1公开了用于包装具有大于2kg重量和90至170mm尺寸的块或圆形棒形式的多晶硅的方法，其中，在每种情况下将至少一层膜插入到符合待包装的多晶硅尺寸的立方形纸板箱中，将多晶硅引入到至少一层膜中，随后焊接该至少一层膜并封闭多晶硅。具有10至200μm厚度的至少一层膜包围以块或圆棒形式并具有大于2kg的重量和90至170mm尺寸的多晶硅并封闭多晶硅，该至少一层膜被具有增强结构的进一步的膜包围。焊接该膜之后，将多晶硅引入到包括分离元件的运输容器中或纸板箱中。

以这种方式，在块较大的情况下，推断可以更有效地避免运输期间的刺破。

原则上，因此想法是在塑料箱中运输块，且作为最后一步，将它们包装在塑料袋或膜中。

发明内容

本发明的目的是提供不太昂贵的和更经济可行的方法。

该目的通过以下用于生产多晶硅的方法实现，包括提供多晶硅棒，将多晶硅棒粉碎成多晶硅块并通过将多晶硅块引入到包括底部(底座，base)、壁和开口的纸板容器中包装多晶硅块，其中，已经用塑料涂覆了与多晶硅块接触的至少底部和壁的内表面。

具体实施方式

使用含硅组分和氢作为反应气体优选地将多晶硅沉积在加热的细硅棒上(西门子法)。优选地，含硅组分是氯硅烷，更优选地是三氯硅烷。根据现有技术，参考例如WO 2009/047107 A2进行沉积。

沉积之后，粉碎多晶硅棒。优选地，首先是初步粉碎多晶硅棒。出于该目的，使用由低磨损材料制成的锤子，例如烧结碳化物(硬质合金，cemented carbide)。在具有优选地由耐磨损塑料或硅组成的表面的工作台上进行初步粉碎。

随后将预粉碎的多晶硅粉碎成块尺寸为0、1、2、3、4或5的期望目标尺寸。如下将块尺寸定义为硅块表面上的两点之间的最长距离(＝最大长度)：

块尺寸(CS)0[mm]0.1至5

块尺寸1[mm]3至15

块尺寸2[mm]10至40

块尺寸3[mm]20至60

块尺寸4[mm]45至120

块尺寸5[mm]100至250

在这方面，每种情况下按重量计至少90％的块分数在提及的尺寸范围内。

例如用颚式粉碎机(jaw crusher)通过碾压进行粉碎。例如在EP 338 682 A2中描述了这种碾压。

随后，通过机械分选器可选地将压碎的硅归类至上述块尺寸。在这之前，优选地将其包装在纸板容器中并从粉碎装置运输到将其分拣并归类的装置。

可选地，在最后包装之前清洁块。出于该目的，将归类的硅包装在纸板容器中并运输到清洁装置中。给予优选的是使用粉碎之后包装块的相同纸板容器。

在清洁操作中，给予优选的是使用包含HNO₃和HF的清洁溶液。

优选地，在至少一个阶段的初步清洁操作中用氧化清洁溶液洗涤多晶硅块，在进一步的阶段的主要清洁操作中用包含HNO₃和HF的清洁溶液洗涤，以及在亲水化(亲水改性，hydrophilization)的情况下，在再进一步的阶段中用氧化清洁流体洗涤。优选地通过HF/HCl/H₂O₂进行初步清洁。优选地通过HCl/H₂O₂进行硅表面的亲水化。

清洁之后或直接在粉碎之后(如果没有进行清洁)，将多晶硅块包装在纸板容器中。优选的是纸板容器包括底部、壁和开口，其中，已经用塑料涂覆了与多晶硅接触的至少底部和壁的内表面。优选地，清洁之后使用的纸板容器与粉碎之后包装块的纸板容器相同。

纸板是由纤维素、木质纸浆和用过的纸张生产的材料，其通常用于保护包装货物的包装工业。必要的是纸张具有较大的厚度。纸板通常具有多个板层，即由在不使用粘合剂的情况下按压在一起的不同厚度的几层纸张组成。

优选地，在填充多晶硅块之后，闭合纸板容器。优选地使用同样由纸板组成的盖子(纸板箱盖)进行。更优选地，同样用塑料涂覆面对多晶硅块的盖子的内表面。

塑料涂层优选地具有50μm至500μm的厚度。

使用的塑料优选地包含小于100ppbw的硼、小于100ppbw的磷和小于10ppbw的砷。

塑料优先选自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氯乙烯(PVDC)和聚硅氧烷(硅酮)组成的组。

可以用塑料形成内衬、层压、喷射或蒸汽涂覆纸板容器。

例如通过水性聚合物分散体或在挤压过程中进行涂覆。在挤压涂覆的情况下，使用转换为液态塑料熔体的聚合物粒料。将该液态熔体施加到运载坯料(carrier web)上。

优选地，在粉碎之后，在可选的分拣并归类步骤之后和可选的清洁步骤之后的每种情况下，将多晶硅块包装在上述具有塑料涂层的纸板容器中，并将其运输到下一个加工步骤。

优选地，在最后的加工步骤之后，将多晶硅块包装在上述具有塑料涂层的纸板容器中并将其运输给用户。

对于在制造过程中在装置之间运输块以及作为运输到用户的最终包装容器两者，更优选地使用纸板容器。

这致使较低的空间要求并增加生产率。

这构成该生产方法的重要优势。没有使用塑料袋。因此可以避免现有技术中已知的问题。

根据用户期望可以改变纸板箱尺寸。

优选的净重是5kg至1200kg。

给予特别优选的是5kg至500kg的净重，特别优选的是10kg至40kg的净重。

因为灵活的纸板箱尺寸，还可以在没有任何大成本和不便的情况下改进现有的生产设备。

填充之后，可以自动焊接或密封纸板箱。

优选地，纸板容器具有矩形形状。这允许容易地自动控制进一步加工。

使用商业货板(托盘，pallet)是可能的并是优选的。优选地将纸板容器固定在货板上，更优选地将其捆紧。

尤其在包装块尺寸为0-3的块的情况下，根本没有发现对产品性质(污染、刺破、细粒(fines)形成)的不利影响。

在包装块尺寸为4和5的块的情况下，发现有利的是在纸板箱的内侧提供至少250μm塑料涂层的层厚度。

在包装过程中，可以直接将块配料至容器。可以使用标准包装机器或具有抓握臂的机器人。在填充容器的过程中，出现相对低水平的细粒。

如果手动填充容器，给予优选的是使用由高纯度聚乙烯制成或由PU制成的手套。组成手套的材料应包含小于100ppbw的硼、小于100ppbw的磷和小于10ppbw的砷。

在现有技术塑料袋的情况下，通常需要预成形袋子，例如通过成形管，或通过套环拉伸袋子。在根据本发明的方法中不需要进行这个，因为使用的是纸板容器。现有技术已知的刺破问题不会发生。

不需要目视监控包装材料的损坏，而这是现有技术中所要求的。

纸板容器优选地包括固定到容器的外壁的操作元件，以能够夹住和支撑纸板容器。

Claims (10)

1.一种用于生产多晶硅的方法，包括提供多晶硅棒，将所述多晶硅棒粉碎成多晶硅块并通过将所述多晶硅块引入到包括底部、壁和开口的纸板容器中包装所述多晶硅块，其中，已经用塑料涂覆了与所述多晶硅块接触的至少所述底部和壁的内表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述塑料包含小于100ppbw的硼、小于100ppbw的磷和小于10ppbw的砷。

3.根据权利要求1或根据权利要求2所述的方法，其中，所述塑料选自由聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯和聚硅氧烷组成的组。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，已经用厚度为50μm至500μm的塑料涂覆了所述底部和壁的内表面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，佩戴由PE或PU制成并包含小于100ppbw的硼、小于100ppbw的磷和小于10ppbw的砷的手套将所述多晶硅块手动引入到所述纸板容器中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括将所述多晶硅块分拣并归类为特定尺寸类别。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括清洁所分拣并归类的多晶硅块。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，在粉碎之后，在可选的分拣并归类步骤之后以及在可选的清洁步骤之后的每种情况下，将所述多晶硅块包装在其内表面涂覆有塑料的纸板容器中并运输到下一个加工步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，将所述多晶硅块包装在其内表面涂覆有塑料的纸板容器中并运输给用户。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，将几个纸板容器固定在货板上并运输给用户。