Herstellung und Verwendung von feinteiligem Silizium

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silanen. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der verfahrensgemäß hergestell- ten 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 Her- Stellung 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 %o, insbesondere höchstens 0,25 %o durchgeführt. Der Wasserbzw. Wasserdampfgehalt der Gasatmosphäre beträgt höchstens 1 %o, insbe- sondere höchstens 0,5 %o, insbesondere höchstens 0,25 %o. Als Gasatmosphäre ist eine Inertgas-Atmosphäre vorgesehen, wobei als Inertgase Stickstoff (N ₂ ), Argon (Ar), Wasserstoff (H ₂ ) 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 %, vorzugs- weise mindestens 99,99 % gegenüber dem Umgebungsatmosphärenwert reduziert. Der Zwischenbunker weist insbesondere eine Inertgas-Atmosphäre auf. Als Inertgas dienen wiederum Stickstoff (N ₂ ), Argon (Ar), Wasserstoff (H ₂ ) 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 (SiHCl ₃ ), 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 S ilan- Verbindung in einem Reaktor ist ein dem Fachmann vertrautes Verfahren vorgesehen. Stellvertretend für ein derartiges Verfahren seien die Beispiele Ia bis 4 der DE 100 61 680 Al 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 be- schrieben. 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

- A -

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.