DE102008024411A1

DE102008024411A1 - Herstellung und Verwendung von feinteiligem Silizium

Info

Publication number: DE102008024411A1
Application number: DE102008024411A
Authority: DE
Inventors: Armin Prof. Dr. Müller; Peter Prof. Dr. Woditsch; Christian Dr. Kusterer
Original assignee: Sunicon AG
Current assignee: Sunicon GmbH
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141062A2; WO2009141062A3

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Silanen wird ein Silizium aufweisender Ausgangsstoff mittels Stoßwellen zerkleinert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silanen. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der verfahrensgemäß hergestellten Silane zur Herstellung von Reinstsilizium für photovoltaische Zwecke.
Die Herstellung von hochreinem Silizium geschieht zum überwiegenden Teil durch Reinigung von Silanen und deren anschließende Zersetzung in hochreines Silizium. Hochreines Silizium wird sowohl in der Elektronik- als auch in der Photovoltaikindustrie als Rohstoff benötigt. Der weltweit steigende Bedarf an hochreinem Silizium hat zu einer deutlichen Preissteigerung geführt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Silanen zu schaffen, welches besonders wirtschaftlich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zur Zerkleinerung eines Silizium aufweisenden Ausgangsstoffes gepulste Stoßwellen einzusetzen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Details und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird metallurgisches Silizium mittels Stoßwellen so zerkleinert, dass der Durchmesser der zerkleinerten Partikel in einem Bereich von 0,1 μm bis 1 cm liegt. Die Korngrößenverteilung der Partikel weist ein Maximum im Bereich von 3 μm bis 8 μm, insbesondere bei etwa 5 μm auf. Die Zerkleinerung wird in einer Gasatmosphäre mit einem Restsauerstoffgehalt von höchstens 1%, insbesondere höchstens 1‰, insbesondere höchstens 0,25‰ durchgeführt. Der Wasser- bzw. Wasserdampfgehalt der Gasatmosphäre beträgt höchstens 1‰, insbesondere höchstens 0,5‰, insbesondere höchstens 0,25‰. Als Gasatmosphäre ist eine Inertgas-Atmosphäre vorgesehen, wobei als Inertgase Stickstoff (N₂), Argon (Ar), Wasserstoff (H₂) oder Mischungen dieser Gase vorgesehen sind. Hierzu kann die zur Erzeugung der Stoßwellen vorgesehene Einrichtung in einem nach außen abgeschlossenen Gehäuse, welches die Bereitstellung und Aufrechterhaltung einer kontrollierten Atmosphäre erlaubt, eingebaut sein.
Für eine Apparatur zur Erzeugung der Stoßwellen wird auf die DE 10259456 B4 verwiesen.
Die zerkleinerten Silizium-Partikel werden in einem Zwischenbunker mit einer kontrollierten Atmosphäre aufbewahrt. Der Wasser- und/oder Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Zwischenbunker ist um mindestens 90%, insbesondere mindestens 99%, insbesondere mindestens 99,9%, vorzugsweise mindestens 99,99% gegenüber dem Umgebungsatmosphärenwert reduziert. Der Zwischenbunker weist insbesondere eine Inertgas-Atmosphäre auf. Als Inertgas dienen wiederum Stickstoff (N₂), Argon (Ar), Wasserstoff (H₂) oder Mischungen dieser Gase.
Vom Zwischenbunker werden die Silizium-Partikel in einen Fliesbettreaktor gegeben und dort mit Chlorwasserstoff-Gas (HCl-Gas) zu einem Silan und/oder Silan-Derviat, insbesondere zu Trichlorsilan (SiHCl₃), umgesetzt.
Allgemein kann das Silan-Derivat eine Restgruppe der Gruppe der Halogen-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Amin-Verbindungen aufweisen.
Zur Umsetzung der Partikel zu einer Silan-Verbindung in einem Reaktor ist ein dem Fachmann vertrautes Verfahren vorgesehen. Stellvertretend für ein derartiges Verfahren seien die Beispiele 1a bis 4 der DE 100 61 680 A1 genannt, auf die hiermit verwiesen wird.
Im Folgenden wird ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Silanen und/oder deren Derivate beschrieben. Das Verfahren entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Der zentrale Unterschied zum ersten Beispiel besteht darin, dass die Korngrößenverteilung der zerkleinerten Partikel ein Maximum im Bereich von 100 μm bis 500 μm, insbesondere bei etwa 250 μm hat. Außerdem wird vor und/oder während des Zerkleinerns getrocknetes Kupferchlorid als Katalysator zugegeben. Beide Komponenten werden bei der Zerkleinerung innig miteinander vermischt.
Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Der zentrale Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass als Ausgangsstoff Siliziumlegierungen eingesetzt werden, welche katalytisch aktive Übergangsmetalle enthalten. Als Ausgangsstoff dient insbesondere Ferrosilizium. Der Ausgangsstoff liegt vor seiner Zerkleinerung als Granulat mit einer Granulatgröße von bis zu einigen Zentimetern Durchmesser vor. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel kann während des Zerkleinerns getrocknetes Kupferchlorid als Katalysator zugegeben werden.
Die nach einem der obigen Verfahren hergestellten Silane und/oder Silan-Derivate werden zur Herstellung von Reinstsilizium für photovoltaische Zwecke verwendet. Es ist ebenso möglich, die derart hergestellten Silane zur Herstellung linearer und/oder verzweigter Polysiloxane zu verwenden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10259456 B4 [0007]
- DE 10061680 A1 [0011]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Silanen und/oder deren Derivaten mit einer Restgruppe aus der Gruppe der Halogen-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Amin-Verbindungen, umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Silizium aufweisenden Ausgangsstoffes, – Zerkleinern des Ausgangsstoffes zu Partikeln mit einem Durchmesser im Bereich von 0.1 μm bis 1 cm, – wobei die Zerkleinerung des Ausgangsstoffes mittels gepulster Stoßwellen geschieht, und – Umsetzen der Partikel in einem Reaktor.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 1 μm bis 500 μm aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 3 μm bis 8 μm aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 100 μm bis 300 μm aufweist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung in einer Gasatmosphäre mit einem Restsauerstoffgehalt von höchstens 1%, insbesondere höchstens 1‰, insbesondere höchstens 0.25‰ geschieht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung in einer Gasatmosphäre mit einem Restwassergehalt von höchstens 1‰, insbesondere höchstens 0,1‰, insbesondere höchstens 0.01‰ geschieht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung in einer Inertgas-Atmosphäre geschieht.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zerkleinern und/oder vor dem Umsetzen des Ausgangsstoffes ein Katalysator zugegeben wird.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Kupferchlorid, insbesondere getrocknetes Kupferchlorid, vorgesehen ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff metallurgisches Silizium und/oder Ferrosilizium vorgesehen ist.
Verwendung der Silane hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Reinstsilizium für photovoltaische Zwecke.