TW200906713A - Helium recycling process and system for implementing it - Google Patents

Description

200906713 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於以所謂“卓氏”（C ζ 〇 c h r a 1 s k i)拉製技術循 環惰性氣體特別是氦的方法以及執行之的系統。 【先前技術】 在全世界能源背景下，光伏打電力市場目前正經歷前 所未有的成長。2004年由光伏打科技所生產的電力是126〇 MWp ’並且將會在20 1 〇年增加4倍而達到大約5 〇〇〇 M Wp。 產生將太陽能轉換成電力的太陽能板之製造程序包含 幾個技術步驟。主要的步驟用單晶或多晶矽作為活性轉換 材料’根據以下的程序： 多晶石夕顆粒的製造； 鑄錠的製造； 基板的裁切；

晶格的製造；與 嵌板的製造 單晶^格具有允許製造高效率太陽能模組的優勢， 但疋其成本比由多晶矽所製成的高。 在2004年，結晶石夕的總市場佔 晶矽伯了 32%。在201()年， 中单 早日日矽市場將在將成為 四七大的總市場裡所產出的電力只佔有。 卓氏拉製技術（以下稱為CZ技淋、少妖、仕 石夕，然後該經純化的矽被用來加帛經純化的 器。將該力，放置在加熱石墨掛:=被:至生長反應 r ;化。從晶種開始， 6 200906713 在非常精確的操作條件下執行鑄㈣ 別是掛堝的溫度、炫融加料的溫度、外：轉拉出，特 度、熱轉移與晶種 μ的溫度、溫度梯 «促w租出逮率。此择 s 常是氬）下執行，兮钟伴^ m 奋作疋在純惰性氛圍（通 錢惰性氛圍通常連續地 構成惰性氛圍的汙举洛挪；必λ 牡表私中庄入。 左1 體被移除（排出氣體）。在拉製μ 情性氣體流主要會受到㈣、。〇、。〇2及〇 =… 可能被空氣和溼氣二次污染。 2的汙木。亦有

在冷卻階段，惰性翕妒A 但是比較少的程度 …到同樣的汗染物所污染， 率。如此所得到的為不同直徑的鑄銳，其係取決於拉出速 前分配如下 攸夕矽晶粒製造太陽能板的產生成本目 38/〇用於矽鑄錠的製造與基板的裁切； 3〇%用於晶格製造；和 32%用於嵌板製造。 功的關鐽點之—，而 例如基板裁切的薄 成本的減少是光伏打技術未來成 目前正在測試每個步驟的解決方法 化0 至於由Cz技術製造鑄錠’以氦或以氦為主的混合物 與普遍：為製程氣體的氬置換’可提供生產力實質：增 加，其歸功於氦的較好熱性質。 使用虱作為製裎氣體有許多的參考文獻。例如GB-A-5 94 743描述使用諸如氦的惰性氣體來冷卻。 更^年來’ JP-A-9〇48695描述使用氦/氬混合物以減少 200906713 晶體裡氧的濃度。 曰二S:5 676 75〗敘述使用氦/氬混合物來更快速地冷卻 日曰體低於約攝氏600度0 沒有：人了解到’由於氣相較於氯成本較高，在 二m哀氦的製程的情況下，以純氦或以氛為 &物（例如氦/氬混合物哎 ’’’’ ' 經濟上並木叮> 次乳或任何其他惰性氣體）取代氬在 ，可订’因此期望能有循環氦的製程，可能以與 具他乳體之混合物循環。 〃 【發明内容】 :就是本發明係關於循環氨或以氨為主的混合物的方 法和糸統的理由，使得回收 .七化所有或大部分用在一舻 拉I與冷卻矽單晶且更特別的 ^ φ . ^ ^圖用在光伏打市場的矽 町衣％中的氦成為可能，其 低。 丹耵夕材枓的效能的要求係較 這就是本發明的標的為使用 的方半沾搜i甘姑 卓氏（Cz)技術製造矽鑄錠 的方法的理由，其特徵在於在 ^ ^ ^ ^ 马皁氏反應器的反應器或 疋稱為卓氏爐的爐裡用作惰性氣體之氦或 混合物在離開該卓氏反應器或該卓氏姨時乳體 連續步驟的處理： &盧時，係經包括以下 -步驟*冷卻射出氣體或射出氣體昆合物. -步驟b):壓縮在步驟a) 體混合物； 7部的射出氣體或射出氣 -步驟c):過濾在步驟b)巾 氣體混合物以從中去除固體粒；·、’的射出氣體或射出 /卞；與 200906713

-1 X d):純化在步驟C)所過濾的射出氣體或射 體混合物以從中移除不純物。 ” 本方去所採用如上所定義的“以氦為主的氣體混合 一詞指稱么士 有5 〇體積％以上’較佳7 0體積％以上，最尤 /、疋95體積％以上的量的氦的氣體混合物。該混合物的其 ’成氣體特別從氧、氬與氮本身或其混合物中挑選。 "如上所疋義的方法中，離開該卓氏反應器或該卓氏爐 的氦或乂氦為主的氣體混合物-般於拉製階段主要受到氧 化石夕（SiO)、—氧化碟（⑶）、二氧化碳（。〇2)和有時候漫或 乾空氣的汙染。 冷部離開该卓氏反應器或該卓氏爐的氮或以氣為主的 氣體混合物之步驟a)係執行直到達到攝氏1〇〇度或更低的 溫度，更尤其是要遠到^ > f逆剞"於攝氏2〇度到25度之間的周圍 溫度。這導致氣態的氧化欲沾m i 乳化夕的固化，其固化溫度大約為攝 氏1100度，及其隨後之氧化矽回收。

V 壓縮來自如上所定蠢的士 心我的方法之步驟勾所冷卻的氦或以 氦為主的氣體混合物之步驟k、t 驟b)使得達到隨後過濾與純化步

驟所需要的壓力成為可能。 A ~般而言，此壓力等於或大於 2 X 105帕’但不超過3〇xl〇5帕。 過濾來自步驟）3)所A— 7部的乱或以氦為主的氣體混合物 之步驟C )允δ午來自C z法的私7丄 *的板子被移除。 這個步驟由例如機插讲、、各上、， β ’慮或靜電過濾所組成。 純化來自如上所定Μ 我的方法之步驟C)之經冷卻的氦或 以氦為主的氣體混合物之牛_ v -V d)採用傳統氣體純化技術， 9 200906713 像是吸附於沸石，穿透 、”bh $透聚合物膜，催化氧化和低溫分離。 这二方法可結合或另外一 是活性碳的處理。 …的别純化步驟’像 【實施方式】 在執行本發明的較佳侔 人版入*, 1怿件下氣或以氦為主的氣體混 S物含有少於10PPm的殘餘不純物。 根據如同如上所定義#方法之一 ,-1 \ λΑ >- _L· 守寻殊方面’來自步 驟d)的氣或以氦為主的氣體混合物經 , 刀析，如果不純物的 各里超過預先決定的最大含 d)。 丹、、工又進一步的純化步驟 根據如上所定義的方法之另一 來白牛驟寺殊方面，包括儲存 後再㈣”氦為主的氣體混合物的步驟㈣別是隨 器或卓氏爐中作為惰性氣體者。尤其’ 田根據本發明的處理是意圖用在整 幾個卓氏爐的時候是报有用的。…卓氏反應益或 根據如上所定義的方法 氦$ k & 一個變體，來自步驟d)的 虱或以虱為主的軋體混合物再 氏爐中之惰性氣體。 用作為於該反應器或該卓 …至於再使S SI或以乳為主的氣體昆合物，如 5舌或如果必要的話，可加入氕和“、 果心要的 合物以補償由於循環和純化的損失或。#或多種其他氣體混 有利地，本發明的方法筏 去係連續地執行。 本發明的標的亦為執行該方 變體，其包含在惰性氛圍下兹丄系統和其如所定義的 心#氏拉製技#製造鑄鍵的 10 200906713 傳統裝置（n，κι Μ .X , 用於被汙乐的惰性氣體流或被 體混合物之迴路⑺，其與傳統裝置⑴的的惰性氣 裝置⑴的入口 t 允衣置⑴的出口連接且位在該 置（3)，至少伽厂 也至夕—個冷卻裝 -個純化裝置⑹。 ㈣濾裝置(5)與至少 # J套藉由CZ技術製造鑄錠的機器，有可能採用 幾個用來回此姐山产… 』此刼用 收排出氧體的裝置、返回迴路等等。 在執行本發明的較佳條件下， 法的系絲另认—a 用果貫订如上之處理方 装置之間包S-個緩衝槽⑺其安裝在過遽裝置和純化 洗除I:部:二系：尚包括用來分析排出氣流，其經 次邛刀可忐巧染物的裝置（8)。 在執行本發明的其他較佳 少 一個用來再彳丨^^ + 、 α上的系統尚包括 (25) . Α |Τ ^ 出虱^進入迴路的回流管線 ()其正好在壓縮機之前 ^ 所指出的所欲含量 4。如果不純物超過如上 了以使用此回流管線。 在執仃本發明的其他較佳條 — 女裝在如上之迴路上、介 Ik衝槽（7 ) 較佳而言，使❹執行Cz方裝置與傳統CZ裝置之間。 氣體是由該緩衝槽所供應的。法期間的全部或部份的惰性 為了要補乜在方法執行時 新鮮惰性氣體或氣體混合物的娃’提供一個用來儲存 戶斤田&卜主ω· ^ 、 存裝置（9)也是有利的。 所用的惰性氣體較佳包 "吧疋㈣的 根據本發明的處理 /、較佳由氦所組成。 '、、σ方法擁有非常有利的品質。 200906713 一個藉由Cz技術生產鑄錠的生產單元通常勺― 個拉製機。本發明特別地使循環整個生產單元或2 3幾十 的惰性氣體流的氦，或使每個拉製機具有—5套機器 為可能。第一個解決辦法意謂著只有單一的循枣 凡成 而使保養更容易但是需要在機器組的批次=裒置，從 當根據本發明替每個拉製機安裝循環單元，操/係作。 單，但是由於Cz機的數量增加因此需要更繁重:::更簡 執行如上之已描述過的方法的較錢件也適用二 如上之處理方法的系統。 ；執仃 參照如圖1的附圖將更清楚地了解本發明， _ :由、cz &生產鑄錠的單—站及其相關的氦或以氦為主員= 氣體混合物處理系統，其包含幾個 〃、、 裝置。 所耗及的可選擇的 ，傳統的CZ機顯示在圖的左邊。從緩衝槽供給—種或 夕種，性氣體。汙染的惰性氣體經過—個包含冷卻裝置， 允許氧化⑪以粉末的形式回收的迴路。 * ^ 丨术s踝將經如此 :二：帶進壓縮機。這條管線接有支線，支線的用途 緩衝神。壓縮的氣體然後導入過遽裳置，然後通入 ^ 示共他水物的純化裝置。麸 後經純化的氣體係經分析， ’、、、 ,,. 右具捋口 °又疋的標準，則允許 左、4化的軋體運送進入將使 衝槽。 1，、恧lz機惰性氛圍的緩 如果分析無法符合設定的桿準 ..,,,_ ^ ^ ^則支線會帶氣體流至 匕/慮的上％之一點，在目前 引例子會在壓縮機之前，但視所 12 200906713 使用的過濾技術而定，其可 次的處理。 能在壓縮機之後，以接受第二 由於損^ a , , , …、了避免的’故有新鮮氣體的獨立儲存， 如目刚的例子， ^乳體可能排放進入緩衝槽或可能被直接 傳迗’且與來自 ㈢緩衝槽的進料流平行，進入Cz機。 如同所述，士n卜夕、„ t 如上之迴路可能跟單一的Cz機或一組之 兩個或更多的Cz機使用。 【圖式簡單說明】 圖1，執行該方法的系統 【主要元件符號說明】 (1) 傳統裝置 (2) 迴路 (2')回流管線 (3) 冷卻骏置 (4) 壓縮機

(5) 過濾裝置 (6) 純化裴置 (7) 緩衝槽 (7，） 緩衝槽 (8) 裝置 (9) 儲存裝置 13

Claims (1)

1. 200906713 十、申請專利範圍·· 1.—種使用卓氏㈣技術㈣料錠的方法，其 在於在稱為卓氏反應器的反應器 y, L. ^ w匈早氏爐的爐裡用 作乜性氧體之氦或以氣為主的 7乳體/昆合物在離開該卓氏反 或該卓氏爐時，係經包括以下連續步驟的處理： _步驟a):冷卻射出氣體或射出氣體混合物； _步驟塵縮在步驟a)所冷卻 體混合物； l篮及射出軋 氣體:=C):過據在步物所麼縮的射出氣體或射出 亂體此合物以從中去除固體粒子；肖 出 體/人步Γ d):純化在步驟〇所過濾的射出氣體或射出氣 體-合物以從中移除不純物。 町出札 2·如申請專利範圍帛！項中 的氛或以氦為主的氣體、θ “ 法，其中來自步驟d) 超過預先決定的最大人經分析’如果不純物的含量 3·如申請專利受—㈣的純化步驟d)。 進-步包括儲存來自 3 2項中界疋之方法，其特徵在於 f)。 乂驟句的氦或以氦為主的氣體混合物的步驟 體，：dr利範圍第1至第3項中任-項之方法的變 於該反應器或，卓d)的氮或以氣為主的氣體混合物再使用作為 一 Μ卓氏爐中之惰性氣體。 十一、圖式： 如次頁