SU1602391A3 - Method of producing silicon - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к плазменному производству кремни , примен емого в солнечных элементах, и позвол ет снизить потери и себестоимость продукта за счет сокращени  расхода газа. Непосредственно в плазму и в реактор, снабженный электродами дл  генерировани  плазмы, установленными в верхней и нижней част х корпуса реактора, а также полыми графитовыми трубками, установленными вертикально по его периферии, подают сначала смесь углеродсодержащего восстановител  и кремнезема, содержащую 20 мас.% избытка восстановител , а затем только кремнеземсодержащее сырье в количестве, обеспечивающем стехиометрическое отношение реагентов в плазме. 2 ил.The invention relates to the plasma production of silicon used in solar cells, and reduces the loss and cost of the product by reducing gas consumption. Directly into the plasma and into the reactor, equipped with electrodes for generating plasma, installed in the upper and lower parts of the reactor vessel, as well as hollow graphite tubes installed vertically around its periphery, are first fed a mixture of carbon-containing reducing agent and silica containing 20% by weight of excess reducing agent , and then only silica-containing raw materials in an amount that ensures the stoichiometric ratio of the reactants in the plasma. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к способам плазменного производства кремни , примен емого в солнечных элементах.This invention relates to methods for the plasma production of silicon used in solar cells.

Цель изобретени  - сокращение потерь и снижение себестоимости продукта за счет сокращени  расхода газа.The purpose of the invention is to reduce losses and reduce the cost of the product by reducing gas consumption.

На фиг. 1 представлен реактор, в котором используетс  плазма дл  производства кремни ; на фиг.. 2 - вариант конструкции, в которой поток плазменного газа и твердых реагентов вводитс  в нижнюю часть реактора, предварительно незаполненного реагентами .FIG. Figure 1 shows a reactor that uses plasma to make silicon; Fig. 2 is a variation of the design in which a stream of plasma gas and solid reactants is introduced into the lower part of the reactor, previously unfilled with reactants.

В качестве ко.рпуса реактора 1 ис пользуетс  резервуар типа сосуда или подобный, известные в технике конструировани  плавильного оборудовани . Генератор плазмы 2 расположен таким образом, чтобы первый электрод 3 располагалс  на верху корпуса реактора 1,а второй электрод 4 - на рассто - НИИ от электрода 3 внутри корпуса реактора 1. Плазменный генератор присоединен к блоку 5, подающему вос- станавливаюпсий или инертный газ, или их смесь в плазменный генератор. В плазменном генераторе данной конструкции поток плазменного газа дви- хетс  сверху в низ реактора.A vessel of the vessel type or the like, known in the technique of designing melting equipment, is used as a reactor vessel. The plasma generator 2 is located in such a way that the first electrode 3 is located on the top of the reactor vessel 1, and the second electrode 4 is located at a distance from the electrode 3 inside the reactor case 1. The plasma generator is connected to unit 5, supplying the reduction gas or the inert gas or their mixture in a plasma generator. In a plasma generator of this design, the flow of plasma gas moves from the top to the bottom of the reactor.

Дл  потока твердых реагентов в корпус реактора 1 и в плазму в верхней части реактора 1 установлен блок 6 подачи смеси двуокиси кремни  и твердой восстанавливающей добавки.Кроме этого,на верху реактора 1 установлен блок 7, служапа-1й дл  подачи двуокиси кремни  в плазму. Смесь двуокиси кремни  и твердой восстанавливающей добавки с блок  6 и двуокись кремни  с блока 7 под ают в корО5 О tsDFor the flow of solid reactants into the reactor vessel 1 and into the plasma in the upper part of the reactor 1, a unit for supplying a mixture of silicon dioxide and a solid reducing agent is installed. In addition, at the top of the reactor 1, there is a unit 7, serving for supplying silicon dioxide to the plasma. A mixture of silicon dioxide and a solid reducing additive with block 6 and silicon dioxide from block 7 is in a corO5 О tsD

СО СОCO SO

смcm

пус реактора ив плазму порознь. ,Пд  управлени  работой блоков 6 и 7 служит блок Я управлени . Как показано на фиг,1 корпус реактора 1 частично заполнен слоем твердых реагентов 9 до начала реакции. В качестве сло  реагентов может быть использована одна тверда  восстанавливающа  добавка или смесь двуокиси кремни  и твердой восстанавливак цей добавки. Расплавленный продукт кремни  собираетс  на дне корпуса реактора 1, и с помощью блока 10 удал етс  расплавленный кремний. В нижней части реак- тора 1 образуютс  сопутствуюир-ге газы , имеетс  блок 11 дл  удалени  сопутствуюл13 х газов из реактора.Launching the reactor and the plasma separately. , PD control operation of blocks 6 and 7 serves as a block of control I. As shown in FIG. 1, the vessel 1 of the reactor 1 is partially filled with a layer of solid reactants 9 before the start of the reaction. As a layer of reagents, one solid reducing additive or a mixture of silicon dioxide and a solid reducing additive can be used. The molten silicon product is collected at the bottom of the reactor vessel 1, and with the help of block 10, the molten silicon is removed. At the bottom of the reactor 1, concomitant gases are formed, there is a block 11 for removing the accompanying gases from the reactor.

Реактор сконструирован так, что может выдерживать давление от атмос- ферного до 6 атмосфер. Высокое давление используетс  дл  обеспечени  условий максимального использовани  энергии и сырь . Работа закрытого реактора при атмосгЪер;;ом давлении или вьпче луч1че способствует процессу удалени  сопутствующих газов.The reactor is designed so that it can withstand pressure from atmospheric to 6 atmospheres. High pressure is used to provide conditions for the maximum use of energy and raw materials. Operating a closed reactor at atmospheric pressure ;; ohm pressure or more efficiently contributes to the process of removal of associated gases.

Приме р . В качестве газа плазмы используют водород и углеводород1 или инертный газ типа аргона или азо- та, или смесь восстанавливающего и инертного газа. Primer p. Hydrogen and hydrocarbon1 or an inert gas such as argon or nitrogen, or a mixture of a reducing and inert gas are used as plasma gas.

Двуокись кремни , которую подают в плазму или котора  в смеси с твердой восстанавливающей добавкой может быть использовано дл  частичного заполнени  реактора, беретс  в.виде кварца в его многих разновидност х, встречаюрщхс  в природе, или в виде расплавленной двуокиси кремни  в ее многих разновидност х. Двуокись кремни  берут в виде порошков, гранул, кусков, гальки, шариков или брикетов В качестве твердой восстанавливающей добавки, котора  подаетс  в плаз му, и Твердой восстанавливаю1чей добаки , котора  частично заполн ет реактор , выбирают черный уголь, древесный уголь, кокс, уголь, дерев нные брикеты. Примен ют твердую восставав ливающую добавку в виде порошка, гранул, пластин, кусков, шариков и брикетов. Silicon dioxide, which is supplied to the plasma or which can be used to partially fill the reactor in a mixture with a solid reducing agent, is taken in the form of quartz in its many varieties found in nature, or in the form of molten silicon dioxide in its many varieties. Silicon dioxide is taken in the form of powders, granules, chunks, pebbles, pellets or briquettes. As a solid reducing additive that is fed to the plasma, and to the Solid Recovery Particle, which partially fills the reactor, choose black coal, charcoal, coke, coal, wooden briquettes. A solid restoring pouring additive in the form of powder, granules, plates, pieces, balls and briquettes is used.

Смесь двуокиси кремни  и твердой Восстанавливающей добавки,которую под ют в плазму и котора  может быть исполь- эована дл  частичного заполнени  реактра ,может примен тьс  в виде порошков, гранул,кусков,шариков и брикетов.A mixture of silicon dioxide and a solid Reducing agent, which is fed into the plasma and which can be used to partially fill the reactor, can be used in the form of powders, granules, pieces, balls and briquettes.

В реактор помещают множество поых графитовых трубок, установленных вертикально по его периферии. Газы плазм1.1 (фиг, 1) проход т верхнюю- часть реактора,но, встретив сопротивление потока газа в поде, возвращаютс  назад в верхнюю часть реактора и затем проход т вниз через графитовые трубки. При этом газы отдают свое тепло верхней части разр да путем i пр мого контакта и стенкам трубок путем проводимости и конвекции,Благодар  этому 1 аз плазмы не разбавл ет газы процесса реак1Ц1и внутри зоны реакции. Газы плазмы и реакции далее соедин ютс  вместе в нижней част,и реактора, проход  через отверстие в ней.A plurality of graphite tubes placed vertically along its periphery is placed in the reactor. Plasma 1.1 gases (Fig. 1) pass through the upper part of the reactor, but, meeting the resistance of the gas flow in the hearth, return back to the upper part of the reactor and then pass down through graphite tubes. In this case, the gases release their heat from the upper part of the discharge by i direct contact and to the walls of the tubes by conduction and convection. Due to this, plasma 1 does not dilute the gases of the reaction process inside the reaction zone. Plasma gases and reactions are then connected together in the lower part, and the reactor, through a hole in it.

По мере протекани  реактщи твердые реагенты последовательно подают в зону реакции. При этом сначала подают смесь SiO и углерода, содержа- тую 20 мас.% избытка восстановител , а затем только кремнезем в количестве, обеспечиваю1ч:ём стехиометрическое отношение реагентов в плазме по реакции SiO,j + 2С Si + 2СО. ПосЛе завершени  работы реактора анализ про- дуктов показал, что суммарные потери веса твердых веществ составили 32 мае .%, Затем давление в сосуде поднимают до 2 атм. Газы плазмы и газы реакции объедин ют в нижней части реактора и пропускают в газоочиститель. Установлено , что графитовЕ 1е трубки и выпускные трубки забиты углеродом и угольной пылью. Вблизи графитовых трубок обнаружены отложени  кремни . Содержание кремни  в продукт е 99,6 мас.%. Расход газа на осуществление способа составл ет 283-707,5 л/мин и соответствует тому объему газа, который необходим только дл  создани  плазмы.As the reaction proceeds, solid reagents are successively fed to the reaction zone. In this case, first, a mixture of SiO and carbon is fed, containing 20 wt.% Of the excess of the reducing agent, and then only silica in an amount to ensure the stoichiometric ratio of the reactants in the plasma by the reaction SiO, j + 2C Si + 2CO. After the completion of the reactor operation, the analysis of the products showed that the total weight loss of solids was 32 May%, then the pressure in the vessel was raised to 2 atm. Plasma gases and reaction gases are combined at the bottom of the reactor and passed to a scrubber. It is established that graphite E 1e pipes and exhaust pipes are clogged with carbon and coal dust. Silicon deposits are found near the graphite tubes. The silicon content in the product is 99.6 wt.%. The gas flow rate for the implementation of the method is 283-707.5 l / min and corresponds to the volume of gas that is needed only to create the plasma.

По известному способу потери крем- ни  составл ют 34 мас.% расход газа составл ет 2830-4245 л/мин и соот- .ветствует тому объему газа, который необходим дл  создани  и перемещени  плазмы.According to a known method, the silicon loss is 34 wt.% The gas flow rate is 2830-4245 l / min and corresponds to the volume of gas that is necessary for the creation and movement of the plasma.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет сократить потери продукта и снизить его себестоимость за счет уменьшени  расхода плазмообразующего газа.Thus, the proposed method allows to reduce product losses and reduce its cost by reducing the consumption of plasma gas.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ произро дства кремни , вклю- чаю1 1 1й генерирование газовой плазмыThe method of silicon production, including 1 1 1st generation of gas plasma в реакторе, инжектирование кремнезем- содержащето сырь  и твердого углерод- содержащего восстановител , о т л и- ч а ю Ft и и с   тем, что, с целью сокращени  потерь и снижени  себестоимости продукта за счет сокращени  расхода газа, генерирование газовой плазмы осуществл ют, при помощи электродов, установленных в верхней и нижней част х корпуса реактора.in the reactor, the injection of silica-containing raw material and a solid carbon-containing reductant, about one hundred percent Ft, and so that, in order to reduce losses and reduce the cost of the product by reducing gas consumption, the generation of gas plasma takes place , by means of electrodes installed in the upper and lower parts of the reactor vessel. 16023911602391 снабженного полыми графитовыми трубками , установленным - вертикально по его периферии, и инжектирование реагентов осуществл ют сначала в виде смеси, срдержащий 20 мас.% избытка восстановител  от стехиометрии, а затем только в виде кремйеземсодержа- щего сырь  в количестве, обеспечивающем стехнометрическое отношение реагентов в плазме.equipped with hollow graphite tubes, installed vertically along its periphery, and the injection of reagents is carried out first as a mixture, containing 20% by weight of the excess of reducing agent from stoichiometry, and then only in the form of silica-containing raw material in an amount that ensures the stoichometric ratio of the reagents in the plasma . Г R Фиг.11 Фиг. 2FIG. 2