CN107601510A - 一种制备颗粒硅籽晶的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体硅制备技术领域，旨在提供一种制备颗粒硅籽晶的装置及方法，其能够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量且不易产生粉尘。本发明提供的制备颗粒硅籽晶的装置，其包括用于将经导流口流出的熔融液硅分散的旋转装置。在实施过程中，经熔融装置将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；熔融多晶硅经导流口落在高速旋转的转盘上，高速转盘沿切向甩出分散多晶硅液滴，多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。本发明中提供的制备颗粒硅籽晶的方法，由于采用上述的制备颗粒硅籽晶的装置，因此也具备有上述的有益效果。

Description

一种制备颗粒硅籽晶的装置及方法

技术领域

本发明涉及晶体硅制备技术领域，具体而言，涉及一种制备颗粒硅籽晶的装置及方法。

背景技术

改良西门子法和流化床法是制造多晶硅的主要方法，两种方法均需要多晶硅晶种作为硅沉积载体，改良西门子法通常采用的是圆柱形多晶硅细棒或正方体型多晶硅硅棒作为硅沉积载体，流化床法采用小粒径硅颗粒作为硅沉积载体。

颗粒硅籽晶通常采用研磨、破碎等机械粉碎方法制备。以破碎法制备颗粒硅籽晶为例，在多晶硅硅棒破碎过程中，引入外来杂质和碎颗粒表面氧化的概率很大，此外，很容易在破碎过程中产生硅粉尘，导致物料损失。低纯度颗粒硅籽晶是影响颗粒硅纯度的主要因素，高纯颗粒硅籽晶制备技术是获得高纯颗粒硅的基础性关键技术。在颗粒硅籽晶制备过程中抑制硅粉尘的产生，也是急需解决的问题。

颗粒硅籽晶形貌对流化床工艺的稳定性有重要影响。不规则颗粒硅籽晶，即低球度颗粒硅籽晶在流化床中的占比越高，相对应地最小流化态速度越低，太低的最小流化态速度不利于流化床的稳定运行，会导致流化床沸腾程度提高，会增加床层孔隙率，更加容易产生硅粉尘。

发明内容

本发明旨在提供一种制备颗粒硅籽晶的装置，其能够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量且不易产生粉尘。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述制备颗粒硅籽晶的装置的方法。

本发明的实施例是这样实现的：

一种制备颗粒硅籽晶的装置，其包括用于将固体硅料熔融的熔融装置，熔融装置包括具备有导流口的容纳腔。用于将经导流口流出的熔融液硅分散的旋转装置，旋转装置包括转盘以及驱动装置，驱动装置与转盘传动连接；导流口与转盘相对设置。

本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的装置，其包括用于将固体硅料熔融的熔融装置，熔融装置包括具备有导流口的容纳腔。用于将经导流口流出的熔融液硅分散的旋转装置，旋转装置包括转盘以及驱动装置，驱动装置与转盘传动连接；导流口与转盘相对设置。在实施过程中，经熔融装置将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；熔融多晶硅经导流口落在高速旋转的转盘上，高速转盘沿切向甩出分散多晶硅液滴，多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。冷却液滴使其变为固体颗粒，液滴会在表面张力作用下形成高球形度的球形液滴，球形液滴变为球形多晶硅固体颗粒。本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的系统够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量并且不易产生粉尘。

在本发明的一个实施例中：

上述熔融装置连接有感应线圈。

在本发明的一个实施例中：

上述转盘靠近导流口的一侧铺设有高纯材料垫层。

在本发明的一个实施例中：

上述制备颗粒硅籽晶的装置包括颗粒硅籽晶收集装置，颗粒硅籽晶收集装置具备有收集腔室，收集腔室的底部设置有收集口；导流口及旋转装置均设置在收集腔室内。

在本发明的一个实施例中：

上述收集腔室底部采用倾斜设置，收集口位于收集腔室底部的最低位置处。

在本发明的一个实施例中：

上述收集腔室的内侧壁设置有洁净材料层。

在本发明的一个实施例中：

上述收集腔室设置有气体置换口。

一种制备颗粒硅籽晶的方法，采用上述任意一种制备颗粒硅籽晶的装置，该制备颗粒硅籽晶的方法包括，

熔融步骤：经熔融装置将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；

分散步骤：将熔融多晶硅经旋转装置分散为多晶硅液滴；

冷却步骤：将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

在本发明的一个实施例中：

上述熔融步骤的熔融多晶硅的温度为1440℃至2280℃。

在本发明的一个实施例中：

上述熔融步骤的熔融多晶硅的温度为1540℃至2180℃。

本发明实施例的有益效果是：

本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的装置，其包括用于将固体硅料熔融的熔融装置，熔融装置包括具备有导流口的容纳腔。用于将经导流口流出的熔融液硅分散的旋转装置，旋转装置包括转盘以及驱动装置，驱动装置与转盘传动连接；导流口与转盘相对设置。在实施过程中，经熔融装置将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；熔融多晶硅经导流口落在高速旋转的转盘上，高速转盘沿切向甩出分散多晶硅液滴，多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。冷却液滴使其变为固体颗粒，液滴会在表面张力作用下形成高球形度的球形液滴，球形液滴变为球形多晶硅固体颗粒。本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的系统够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量并且不易产生粉尘。

本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的方法，由于采用上述的制备颗粒硅籽晶的装置，因此也具备有够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量并且不易产生粉尘的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的制备颗粒硅籽晶的装置10的整体结构示意图。

图标：10-制备颗粒硅籽晶的装置；100-熔融装置；110-容纳腔；120-导流口；130-高纯气体置换口；200-旋转装置；210-转盘；220-驱动装置；300-颗粒硅籽晶收集装置；310-收集腔室；320-收集口；330-气体置换口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

图1为本发明实施例1提供的制备颗粒硅籽晶的装置10的整体结构示意图。请参照图1，本实施例提供一种制备颗粒硅籽晶的装置10，其包括用于将固体硅料熔融的熔融装置100，熔融装置100包括具备有导流口120的容纳腔110。用于将经导流口120流出的熔融液硅分散的旋转装置200，旋转装置200包括转盘210以及驱动装置220，驱动装置220与转盘210传动连接；导流口120与转盘210相对设置。

在本实施例中，熔融装置100设置有连通容纳腔110的高纯气体置换口130，设置高纯气体置换口130便于置换容纳腔110内的空气，使多晶硅物料熔融在高纯气体气氛中，防止多晶硅物料氧化，保证产品的质量。

需要说明的是，在本实施例中，设置高纯气体置换口130便于置换容纳腔110内的空气，使多晶硅物料熔融在高纯气体气氛中，防止多晶硅物料氧化，保证产品的质量。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，不设置高纯气体置换口130。

在本实施例中，熔融装置100连接有感应线圈(图中未示出)。设置与熔融装置100连接的感应线圈，采用感应加热的方式对熔融装置100内的硅料进行加热，采用感应加热，加热速度极快，且易于控制操作，易于实现机械化，自动化。

需要说明的，在本实施例中，设置与熔融装置100连接的感应线圈，采用感应加热的方式对熔融装置100内的硅料进行加热，采用感应加热，加热速度极快，且易于控制操作，易于实现机械化，自动化。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，采用其他的加热方式进行加热。例如火焰加热、电加热、等离子加热、激光加热等。

在本实施例中，转盘210靠近导流口120的一侧铺设有高纯材料垫层(图中未示出)。在转盘210靠近导流口120的一侧铺设有高纯材料垫层，可有效地保证多晶硅材料的稳定性，同时避免其被污染。

需要说明的，在本实施例中，在转盘210靠近导流口120的一侧铺设有高纯材料垫层，可有效地保证多晶硅材料的稳定性，同时避免其被污染。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，不设置高纯材料垫层。

在本实施例中，制备颗粒硅籽晶的装置10包括颗粒硅籽晶收集装置300，颗粒硅籽晶收集装置300具备有收集腔室310，收集腔室310的底部设置有收集口320；导流口120及旋转装置200均设置在收集腔室310内。设置颗粒硅籽晶收集装置300是为了便于收集制备好了的颗粒硅籽晶。

需要说明的，在本实施例中，设置颗粒硅籽晶收集装置300是为了便于收集制备好了的颗粒硅籽晶。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，不设置颗粒硅籽晶收集装置300或采用现有的收集装置。

在本实施例中，收集腔室310底部采用倾斜设置，收集口320位于收集腔室310底部的最低位置处。将收集腔室310底部采用倾斜设置，收集口320位于收集腔室310底部的最低位置处，便于将由高速转盘210沿切向甩出分散多晶硅液流，在空中冷却为颗粒硅籽晶，颗粒硅籽晶沿倾斜底部滚动至收集口320处，便于颗粒硅籽晶的取用。

需要说明的，在本实施例中，将收集腔室310底部采用倾斜设置，收集口320位于收集腔室310底部的最低位置处，便于将由高速转盘210沿切向甩出分散多晶硅液流，在空中冷却为颗粒硅籽晶，颗粒硅籽晶沿倾斜底部滚动至收集口320处，便于颗粒硅籽晶的取用。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，将收集腔室310的底部采用其他的方式设置。

在本实施例中，收集腔室310的内侧壁设置有洁净材料层(图中未示出)。在收集腔室310的内侧壁设置有洁净材料层是为了避免颗粒硅籽晶碰撞收集腔室310的内侧壁而被污染，有效地保证颗粒硅籽晶的不被污染，保证其自身的稳定性。

需要说明的，在本实施例中，在收集腔室310的内侧壁设置有洁净材料层是为了避免颗粒硅籽晶碰撞收集腔室310的内侧壁而被污染，有效地保证颗粒硅籽晶的不被污染，保证其自身的稳定性。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，不设置洁净材料层。

在本实施例中，收集腔室310设置有气体置换口330。在收集腔室310设置有气体置换口330便于向收集腔室310内通入载气，置换收集腔室310内的空气，防止熔融硅液滴氧化，保证产品的质量；同时载气在流通时带走热量，加速熔融硅液滴凝固，可提高生产效率。

需要说明的，在本实施例中，在收集腔室310设置有气体置换口330便于向收集腔室310内通入载气，置换收集腔室310内的空气，防止熔融硅液滴氧化，保证产品的质量；同时载气在流通时带走热量，加速熔融硅液滴凝固，可提高生产效率。可以理解的，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，不设置气体置换口330。

可选地，在本实施例中，在收集腔室310内通入的气体为高纯氩气，可以理解的，这里并不限于高纯氢气，在其他具体实施例中，也可以根据用户的需求，通入的气体是高纯氮气、高纯氢气等。

本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的装置10，其包括用于将固体硅料熔融的熔融装置100，熔融装置100包括具备有导流口120的容纳腔110。用于将经导流口120流出的熔融液硅分散的旋转装置200，旋转装置200包括转盘210以及驱动装置220，驱动装置220与转盘210传动连接；导流口120与转盘210相对设置。在实施过程中，经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；熔融多晶硅经导流口120落在高速旋转的转盘210上，高速转盘210沿切向甩出分散多晶硅液滴，多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。冷却液滴使其变为固体颗粒，液滴会在表面张力作用下形成高球形度的球形液滴，球形液滴变为球形多晶硅固体颗粒。本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的系统够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量并且不易产生粉尘。

本发明的实施例中还提供了一种制备颗粒硅籽晶的方法，制备颗粒硅籽晶的方法采用上述的制备颗粒硅籽晶的装置10；制备颗粒硅籽晶的方法包括，

熔融步骤：经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。多晶硅料的来源可以是多晶硅棒料、多晶硅棒破碎料、硅粉尘料以及通过其他方法制备或者在其他过程中产生的多晶硅料。加热的方式包括火焰加热、电加热、等离子加热、激光加热、感应加热。优选地，采用感应加热的方式。熔融多晶硅的温度控制为1440℃至2280℃；优选地，熔融多晶硅的温度为1540℃至2180℃；再优选地，熔融多晶硅的温度为1640℃至2080℃，通过温度的控制，可以控制熔融多晶硅的粘度，即流动性能。熔融多晶硅的粘度随其温度上升而减小。

分散步骤：将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。熔融多晶硅经导流口120落在高速旋转的转盘210上，高速转盘210沿切向甩出分散多晶硅液滴，具体地，转盘210的材质包括硅板、石英板、碳化硅板等。优选地，通过调节转盘210的转速来控制多晶硅微球直径，且多晶硅微球的直径随着转盘210转速的升高而降低。

冷却步骤：将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。具体地，对经分散多晶硅液流形成的液滴进行冷却，由于液滴的表面张力，多晶硅液滴呈现为球状，冷却后的颗粒硅籽晶可以保持较高的球度。为了保持颗粒硅籽晶的纯度，收集腔室310内可选择性地充入载气，如高纯氢气、高纯氮气、高纯氩气等。

实施例2：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在2280℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

实施例3：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在2180℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

实施例4：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在2080℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

实施例5：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在1640℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

实施例6：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在1540℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

实施例7：

本实施例提供一种颗粒硅籽晶的制备方法，其包括以下步骤。

S1、熔融步骤

经熔融装置100将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅。将熔融多晶硅的温度控制在1440℃。

S2、分散步骤

将熔融多晶硅经旋转装置200分散为多晶硅液滴。

S3、冷却步骤

将多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

综上所述，本发明的实施例中提供的制备颗粒硅籽晶的方法，由于采用上述的制备颗粒硅籽晶的装置10，因此也具备有够制备出纯度、球度高的颗粒硅籽晶，具有较小的物料损失量并且不易产生粉尘的有益效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于，包括：

用于将固体硅料熔融的熔融装置，所述熔融装置包括具备有导流口的容纳腔；

用于将经所述导流口流出的熔融液硅分散的旋转装置，所述旋转装置包括转盘以及驱动装置，所述驱动装置与所述转盘传动连接；所述导流口与所述转盘相对设置。

2.根据权利要求1所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述熔融装置连接有感应线圈。

3.根据权利要求1所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述转盘靠近所述导流口的一侧铺设有高纯材料垫层。

4.根据权利要求1所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述制备颗粒硅籽晶的装置包括颗粒硅籽晶收集装置，所述颗粒硅籽晶收集装置具备有收集腔室，所述收集腔室的底部设置有收集口；所述导流口及所述旋转装置均设置在所述收集腔室内。

5.根据权利要求4所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述收集腔室底部采用倾斜设置，所述收集口位于所述收集腔室底部的最低位置处。

6.根据权利要求4所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述收集腔室的内侧壁设置有洁净材料层。

7.根据权利要求4所述的制备颗粒硅籽晶的装置，其特征在于：

所述收集腔室设置有气体置换口。

8.一种制备颗粒硅籽晶的方法，其特征在于：

所述制备颗粒硅籽晶的方法采用权利要求1至7任意一项所述的制备颗粒硅籽晶的装置；所述制备颗粒硅籽晶的方法包括，

熔融步骤：经所述熔融装置将多晶硅料加热至熔融状态，得到熔融多晶硅；

分散步骤：将所述熔融多晶硅经所述旋转装置分散为多晶硅液滴；

冷却步骤：将所述多晶硅液滴在空中进行冷却凝固，得到颗粒硅籽晶。

9.根据权利要求8所述的制备颗粒硅籽晶的方法，其特征在于：

所述熔融步骤的所述熔融多晶硅的温度为1440℃至2280℃。

10.根据权利要求9所述的制备颗粒硅籽晶的方法，其特征在于：

所述熔融步骤的所述熔融多晶硅的温度为1540℃至2180℃。