Способ производства кремния
Изобретение относится к плазменному производству кремния, применяемого в солнечных элементах, и позволяет снизить потери и себестоимость продукта за счет сокращения расхода газа. Непосредственно в плазму и в реактор, снабженный электродами для генерирования плазмы, установленными в верхней и нижней частях корпуса реактора, а также полыми графитовыми трубками, установленными вертикально по его периферии, подают сначала смесь углеродсодержащего восстановителя и кремнезема, содержащую 20 мас.% избытка восстановителя, а затем только кремнеземсодержащее сырье в количестве, обеспечивающем стехиометрическое отношение реагентов в плазме. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (g1)g С 01 В 33/02
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ПАТЕНТУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4?02684/23-26 (2?) 01.06.87 (46) 23. 10. 90. Вюл, К - 39 (71) qay Корнинг Корпорейшн (US) (72) Вину Датт Досай (IN) и Алвин Уильям Рочолз (US) (53) 546. 28 (088, 8) (56) Патент СИА М 4439410, кл. 423-350, 1983. (54 ) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЯ (57) Изобретение относится к плазменному производству кремния, применяемого в солнечных элементах, ii позволяИзобретение относится к способам плазменного производства кремния, применяемого в солнечных элементах.
Цель изобретения — сокращение потерь и снижение себестоимости продукта за счет сокращения расхода газа.
На фиг. 1 представлен реактор, в котором используется плазма для производства кремния; на фиг. ?. — вариант конструкдии, в которой поток плазменного газа и твердых реагентов вводится B нижнюю часть реактора, предварительно незаполненного реагентами.
В качестве корпуса реактора 1 ис пользуется резерву",р типа сосуда или подобный, извест.ые в технике конструирования плавильного оборудования.
Генератор плазмы 2 расположен таким образом, чтобы первый электрод 3 рас„.SU,„, 1602391 A 5 ет снизить потери и себестоимость продукта за счет сокращения расхода газа. Непосредственно в плазму и в реактор, снабженный электродами для генерирования плазмы, установленными в верхней и нижней частях корпуса реактора, а также полыми граАитовыми трубками, установленными вертикально по его периферии, подают сначала смесь углеродсодержащего восстановителя и кремнезема, содержащую 20 мас. Т избытка восстановителя, а затем только кремнеземсодержащее сырье в количестве, обесHp÷èâàþùt:.м стехиометрическое отношение реагентов в плазме. 2 ил. полагался на верху корпуса реактора
1,а второй электрод 4 — на расстоя- нии ot электрода 3 внутри корпуса реактора 1. Плазменный генератор присоединен к блоку 5 подающему восстанавливающий или инертный газ, или их смесь в плазменный генератор.
В плазменном генераторе данной конструкции поток плазменного газа движется сверху в низ реактора.
Для подачи потока твердых реагентов в корпус реактора 1 и в плазму в верхней части реактора 1 установлен блок 6 подачи смеси двуокиси кремния и твердой восстанавливающей добавки.Кроме этого,на верху реактора 1 установлен блок 7, служащий для подачи двуокиси кремния в плазму.
Смесь двуокиси кремния и твердой восcTBHRRJIHBRIopteA добавки с блока 6 и двуокись кремния с блока 7 подают в кор1602391 пус реактора и в плазму порознь. Для управления работой блоков 6 и 7 служит блок 8 управления. Как показано на Аиг, 1 корпус реактора 1 частично заполнен слоем твердых реагентов 9 до начала реакции. В качестве слоя реагентов может бить использована одна твердая восстанавливающая добавка или смесь двуокиси кремния и твердой восстанавливакя ей добавки.
Расплавленный продукт кремния собира— ется на дне корпуса реактора 1, и с помощью блока 10 удаляется расплавленный кремний. В нижней части реяк- 15 тора 1 образуются сопутствующие газы, имеется блок 11 для удаления сопутствующих газов из реактора.
Реактор сконструирован тяк, что может выдерживать давление от ятмос- 20 ферного до 6 атмосфер. Высокое давление используется для обеспечения условий максимального использования энергии и сырья. Работа закрытого реактора при àTMocAep,",îì давлении или 25 вьпяе лучше способствует процессу удаления сопутствующих газов. .lI р и м е р.. В качестве газа плязмы используют водород и углеводороды, или инертный гяз типа аргоня или азо- 3п та, или смесь восстанавливающего и инертного гяэя.
Двуокись кремния, которую подают в плазму или которая в смеси с твердой восстанавливающей добавкой может быть использовано для частичного заполнения реактора, берется в,виде кварца в его многих разновидностях, встречающихся в природе, или в виде расплавленной двуокиси кремния в ее 4О многих разновидностях, Двуокись кремния берут в виде порошков, гранул, кусков, гальки, шариков или брикетов.
В качестве твердой восстанавливающей добавки, которая подается в плаз- 4 му, и твердой восстанавливающей добавки, которая частично заполняет реактор, выбирают черний уголь, древесный уголь, кокс, уголь, деревянные брикеты. Применяют твердую восстанавливающую добавку в виде порошка, гранул, пластин, кусков, шариков и брикетов.
Смесь двуокиси кремния и твердой восстанавливающей добавки, которую подают в плазму и которая может быть исполь- зована для частичного заполнения реактора,может применяться в виде порошков, гранул, кусков, шариков и брикетов.
В реактор помещают множество полых графитовых трубок, установленных вертикально по em периферии, Газы плазмы (Лиг. 1) проходят верхнюю часть реактора,но, встретив сопротивление потока гязя в поде, возвращаются назад в верхнюю часть реактора и затем проходят вниз через гряфитовые трубки. При этом газы отдают свое тепло верхней части разряда путем Г прямого контакта и стенкам трубок путем проводимости и конвекции.Благодаря этому гаэ плазмы не разбавляет газы процесса реакции внутри зони реакции.
Гази плазмы и реакции далее соединяются вместе в нижней части реактора, проходя через отверстие в ней.
По мере протекания реакции твердые реягенти последовательно подают в зону реакции. При этом сначала nopàâò смесь SiO и углерода, содержащую 20 мяс.Е избытка восстановителя, а затем только кремнезем в количестве, обеспечивающем стехиометрическое отношение реагентов в плазме по реакции SiO< + 2С = Si + 2CO. После завершения работы реактора анализ про дуктов показал, что суммарные потери веса твердых веществ составили 32 мас.X.
Затем давление в сосуде поднимают до
2 атм. Газы плазмы и газы реакции объединяют в нижней части реактора и пропускают в гязоочиститель. Установлено, что гряфитовые трубки и выпускные трубки забиты углеродом и угольной пылью, Вблизи гряАитовых трубок обнаружены отложения кремния.
Содержание кремния в продукте
99,6 мас.Х ° Расход газа на осуществление способа составляет 283-707,5 л/мин и соответствует тому объему газа, который необходим только для создания плазма.
По известному способу потери кремния составляют 34 мас.7. расход газа составляет 2830-4245 л/мин и соответствует тому объему газа, который необходим для создания и перемещения плазмы, Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить потери продукта и снизить его себестоимость эа счет уменьшения расхода плазмообраэующего газа. формула изобретения
Способ производства кремния, вклю; чающий генерирование газовой плазмы
5 160?391
6 в реакторе, инжектирование кремнезем- снабженного полыми графитовыми трубсодержащего сырья и твердого углерод- . ка я, установленными вертикально по содержащего восстановителя, о т л и- его периАерии, и инжектирование реач а ю шийся тем, что, с целью гентов осуществляют сначала в виде сокращения потерь и снижения себе5 смеси, содержащий ? О мас.? избытка стоимости продукта за счет сокращения восстановителя от стехиометрии а
Э расхода газа, генерирование газовой затем только в виде кремнеземсодержаплазмы осуществляют при помощи щего сырья в количестве, обеспечиваюэлектродов, установленных в верхней 10 щем стехиометрическое отношение реаи нижней частях корпуса реактора, гентов в плазме.
6пг1
Составитель lf. Веденеева
Редактор Н, Лазаренко Техред Л. Сердюкова Корректор Л.Патай
Заказ 3280 Тираж 40б Подпис но е
ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, !1осква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский н мбннат Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 1 1
ll
Г 101
