DE102008024411A1 - Production and use of finely divided silicon - Google Patents

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    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B33/1071—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof
    • C01B33/10742—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material
    • C01B33/10757—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane
    • C01B33/10763—Tetrachloride, trichlorosilane or silicochloroform, dichlorosilane, monochlorosilane or mixtures thereof prepared by hydrochlorination of silicon or of a silicon-containing material with the preferential formation of trichlorosilane from silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Silanen wird ein Silizium aufweisender Ausgangsstoff mittels Stoßwellen zerkleinert.In a process for producing silanes, a silicon-containing starting material is comminuted by means of shock waves.

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.The The invention relates to a process for the preparation of silanes. The The invention further relates to the use of the silanes prepared according to the method for the production of high-purity silicon for photovoltaic Purposes.

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.The Production of high purity silicon happens for the most part Part by purification of silanes and their subsequent Decomposition in high-purity silicon. High purity silicon is used both in the electronics as well as in the photovoltaic industry as raw material needed. The worldwide increasing demand for high-purity silicon has led to a significant increase in prices.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Silanen zu schaffen, welches besonders wirtschaftlich ist.Of the The invention is therefore based on the object, a process for the preparation of silanes, which is particularly economical.

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.These The object is achieved by the features of claims 1 and 11 solved. The essence of the invention is for comminution a silicon-containing source to use pulsed shock waves. Further advantageous embodiments emerge the dependent claims.

Details und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele.details and features of the invention will become apparent from the description of several Embodiments.

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.According to a first embodiment, metallurgical silicon is comminuted by means of shock waves so that the diameter of the comminuted particles is in a range of 0.1 .mu.m to 1 cm. The particle size distribution of the particles has a maximum in the range of 3 microns to 8 microns, in particular at about 5 microns. The comminution shall be carried out in a gas atmosphere with a residual oxygen content of not more than 1%, in particular not more than 1 ‰, in particular not more than 0,25 ‰. The water or water vapor content of the gas atmosphere is at most 1 ‰, in particular at most 0.5 ‰, in particular at most 0.25 ‰. An inert gas atmosphere is provided as the gas atmosphere, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) or mixtures of these gases being provided as inert gases. For this purpose, the device provided for generating the shock waves can be installed in an externally sealed housing, which allows the provision and maintenance of a controlled atmosphere.

Für eine Apparatur zur Erzeugung der Stoßwellen wird auf die DE 10259456 B4 verwiesen.For an apparatus for generating the shock waves is on the DE 10259456 B4 directed.

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.The crushed silicon particles are stored in an intermediate bunker with a controlled atmosphere. The water and / or oxygen content of the atmosphere in the intermediate bunker is reduced by at least 90%, in particular at least 99%, in particular at least 99.9%, preferably at least 99.99%, from the ambient atmospheric value. The intermediate bunker in particular has an inert gas atmosphere. Inert gas is again nitrogen (N 2 ), argon (Ar), hydrogen (H 2 ) or mixtures of these gases.

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.From the intermediate bunker, the silicon particles are placed in a fluidized bed reactor where they are reacted with hydrogen chloride gas (HCl gas) to form a silane and / or silane derivative, in particular trichlorosilane (SiHCl 3 ).

Allgemein kann das Silan-Derivat eine Restgruppe der Gruppe der Halogen-, Alkyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Amin-Verbindungen aufweisen.Generally the silane derivative may be a residual group of the group of halogen, Alkyl, aryl, alkoxy or amine compounds.

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.To convert the particles into a silane compound in a reactor, a process familiar to the skilled worker is provided. Representative of such a process are Examples 1a to 4 of DE 100 61 680 A1 referred to, to which reference is hereby made.

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.in the Following is another example of a method for the preparation of silanes and / or derivatives thereof. The method substantially corresponds to the first embodiment, to the description of which reference is hereby made. The central difference to the first example is that the particle size distribution the crushed particles have a maximum in the range of 100 microns to 500 microns, especially at about 250 microns. In addition, before and / or during crushing dried copper chloride added as a catalyst. Both components are intimately mixed with each other during comminution.

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.in the Following is a third embodiment of the method described. The third embodiment corresponds essentially the first embodiment, on the Description is hereby incorporated. The main difference to first embodiment is that as the starting material Silicon alloys are used which catalytically active transition metals contain. The starting material is in particular ferrosilicon. Of the Starting material is before its comminution as granules with a Granule size of up to a few centimeters in diameter before. As in the second embodiment, during the Crushing dried copper chloride added as a catalyst become.

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.The silanes and / or silane derivatives prepared by one of the above processes are used to produce high purity silicon for photovoltaic purposes. It is also possible that way prepared silanes for the preparation of linear and / or branched polysiloxanes to use.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims (11)

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.Process for the preparation of silanes and / or their derivatives with a residual group from the group of halogen, Alkyl, aryl, alkoxy or amine compounds, comprising the following steps: - Provide a silicon-containing starting material, - Mincing of the starting material to particles with a diameter in the range from 0.1 μm to 1 cm, - where the crushing of the starting material happens by means of pulsed shock waves, and - Reacting the particles in a reactor. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 1 μm bis 500 μm aufweist.Process according to claim 1, characterized characterized in that the particle size distribution the particles have a maximum in the range of 1 micron to 500 microns having. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 3 μm bis 8 μm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the grain size distribution the particles have a maximum in the range of 3 microns to 8 microns having. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung der Partikel ein Maximum im Bereich von 100 μm bis 300 μm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the grain size distribution the particle has a maximum in the range of 100 microns to 300 microns having. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comminution in a gas atmosphere with a residual oxygen content not exceeding 1%, in particular not more than 1 ‰, in particular at most 0.25 ‰ happens. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comminution in a gas atmosphere with a residual water content not exceeding 1 ‰, in particular at most 0.1 ‰, in particular at most 0.01 ‰ happens. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerung in einer Inertgas-Atmosphäre geschieht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comminution in an inert gas atmosphere happens. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zerkleinern und/oder vor dem Umsetzen des Ausgangsstoffes ein Katalysator zugegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to crushing and / or before the Reacting the starting material, a catalyst is added. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Kupferchlorid, insbesondere getrocknetes Kupferchlorid, vorgesehen ist.A method according to claim 5, characterized characterized in that as the catalyst copper chloride, in particular dried copper chloride is provided. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsstoff metallurgisches Silizium und/oder Ferrosilizium vorgesehen ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as starting material metallurgical silicon and / or ferrosilicon is provided. Verwendung der Silane hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von Reinstsilizium für photovoltaische Zwecke.Use of silanes produced according to one of preceding claims for the production of ultrapure silicon for photovoltaic purposes.
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