本复 属予多晶硅破 技术领域， 涉及一种破碎多晶硅的方 法以及破碎多晶硅的装置 _n

背景據术

随着化石能源的遷渐枯 以及坏境污柴问题的日益加剧， 探 寻一种无污 的可再生能 成为当务之急》 充分利用太阳能， 对 在低 模式下实现可持续发展具有重要的经济和战咯 意义。 多晶 硅是生产太阳能光伏电池的主要原料》 多晶硅的破碎是多晶硅生 产企业最后的生产坏节， 其完咸的好坏直接与多晶硅品盾和企业 效益联系在一起。

闺前多晶硅企业被碎多晶硅几乎全部采用机械 法破 ， 机械 法破辟有人工破碎和自动破碎两种方法 人工破碎就是使用 4垂子 (或其他硬 工具）将多晶 敲 ， 然后 分包装的方法。 自动 破碎是采用机械破碎装置 （顎式破碎机， 击锤破碎机等） 将多 晶^ 碎的一种方法。 以上两种方法都是破碎工具与待破碎的多 晶 ^发生机械碰撞产生的压力而使多晶硅库裂的� �法， 逸些方法 存在以下弊鴣：

1、 由于破 工具与多晶硅发生机械碰撞， 不可避免会产生金 属污染， 特别是 4夹污樂会严重降低多晶硅的少子寿命；

2、机械破 过程中不可避免会产生大量的 屑和徽粉， 降低 收阜， 严重影 ^多晶硅的品盾和企业的收益；

3、破碎过程中产生的碎屑和微粉会污染.环境� �� 危害员工的健 康， 更細小的粉 在空气中易 爆， 会产生很大的安全 患 另外， #统的多晶 破碎方法很难实现对 *碎后的多晶硅尺 寸进行有效控制， 而控制破碎后的多晶硅的尺寸对亍多晶硅企业 来说又是非常重要的《 途是因为： 对于破 前的多晶硅来说， 其 通常为直径 80 ~ 200mm、 长度 200 2g00mm、 表面光滑或长有瘤 状物的圓柱形多晶硅棒， 或者为线性尺寸为 80 300mm的多晶硅 块 破碎后的多晶硅具有无规则的 状和隨机尺寸分布， 参照 相应的国家标准， 要求破碎后的多晶硅的尺寸分布范围为： 线 尺寸为 6 25mm的最多占总重 - 的 15%; 线性尺寸为 25 ~ 50mm 的占总重 - 的 15% - 35%; 线性尺寸为 50 ~ 100mm的最少占重量 的 65% 也就是 ，线性尺寸为 50 100mm是破碎后的最优尺寸》 由于多晶硅在破碎过程中难免会存在一些足寸 较小的硅块， 因此 允许少量存在錢性尺寸为 6 ~ 25mm的多晶 H

³ 月内容

本

足, 提供一种破碎多晶硅的方法以及破碎多晶硅的 装置， 采用该 方法对多晶珪进行破碎， ft使多晶硅破碎均匀、 同时产生的粉末 量少、 无金属污染、 且破碎后得到的多晶硅的品盾高

鲜决本复明技术问题所采用的技术方案是该破 碎多晶硅的方 法包括如下步骤：

将多晶硅置于容置有氷的水池中；

給所述水池 加 间高压电，以使氷池内的氷发生高 放电， 从而击碎所述多晶硅。

即, 本发明通过利用氷电效应 (冲击放电） 在封闭液体容 S 中引起的压力急剧变化， 使水池内发生 烈的静电高压放电， 这 种放电产生的强烈冲击波可以瞬间击碎放置在 氷^中的多晶硅 从而可以解决传 破碎方法对多晶硅产品污樂大，粉末多的难题 。

其中， 给所迷水池 fe加瞬间高压电， 具体包括如下歩骤：

Ά, 对充电电容充电；

b. 当充电电容的电 ϋ达到 ( 离间隔开关的击穿电 时， 隔离 f司 ¾开关被击穿， 此时所途充电电容所储存的电压全部加在 述 水池上。

优逸的是， 所述隔离间隔开关的击穿电 为 30 20»V„ 优逸的是， 所途隔离间隔开关的教电间 J*:为 10 - 50mm , 所 述水池的最电间 if:为 30 ~ 80mm。

优选的是， 在歩骤 a中， 对克电电容充电具体是由交流电通 过高 变电 »对所迷克电电容克电

优遶的是， 将多晶硅置于容置有水的水 ¾中， 具体包括： 先 向水池中 入水， 再向水申放入所述多晶硅， 水能够将多晶硅 没其中。

迸一步优逸的是， 所述水池中的水占水池容积的〗 2™3/4 _β 优逸的是， 所述瞬间高 电所产生的电场强度大予或等于水 中水的^界电场强度„

优逸所迷水采用纯氷。 通过将多晶硅放置在金属离子食量极 低的 14氷中完成多晶硅的破碎， 使多晶珪不与金属接触， 减小了 多晶硅被污染的几率， 有效保 了破碎后的多晶硅的品质

进一步优逸的是， 水池中氷的电且率》 16.2 ΜΩ , cm, Si0 ₂ 含 量 < 10 μ g/L, Fc含量 < 1 .0 μ g/L, Ca含量 < 1.0 g/L ₅ Na含量 < 20 μ g/L, Mg含量 1.0g/L„

本发 还提供一种破碎多晶硅的装置， 包括高压变电器、 高 '压整流 、 充电电容、 隔离间隔开关、 容置有氷的水池、 以及浸 在氷池中的第一电毅和第二电极， 所途第一电級和第二电极间隔 一定距离设置， 其中:

所迷高压变电器的一次绕組能与市电相接， 二次绕組的第一 连接端银次与高压整流 II、 隔离间隔开关和第一电极连接， 二次 組的第二连接端接地、 并与第二电极连接， 充电电容连接在高 压整流器和隔离间 幵关的公共端与第二绕组和第二电极的公共

¾之间。

其中， 通过高压静电电源 （高压叟电 对高压脉冲电容器

(充电电容）充电， 当充电电 ϋ达到隔离间隔开关的击穿电 时， 隔离间隙被击穿， 高 沖电容器克电时所储存的能量全部加在 水池 (具有主最电 «隙） 上。 通过 II离间 (1开关 （具有辅助放电 f司 ) 可以控制高压静电电涯对高压脉冲电容 ϋ的克电电压值， 也控制了氷电效应的强度， 当水 ¾内的第一电极和第二电极之间 的电场强度大亍水池中氷的 界击穿电场强度时， 氷? t申发生激 烈的高压静电放电， 即主放电间隙被击穿 _β

遶的是， 所迷高压整流器与高 Λ变电 之间还串接有完电 电阻, 以调节和稳定其所在电路中的电流与电压

优选的是， 所迷水池的底部设有 网， 所述 网上的 的 孔径为 25 ~ iOOmm.

优遶的是， 所途隔离间隔开关的教电间隙为 10 〜 50 隔 离间隔开关的击穿电压为 30™ 200kV， 所途氷池的放电间隙为 30 - 80mm _e

优逸的是， 氷池中水的电阻阜 16,2 MO .cm Si0 ₂ 含量 iO μ g/L, Fe舍量 < 1.0 μ g/L Ca含量 < 1.0 μ g/L, Na含量 < 20 μ g/L, Mg含量 1.0g/L

本发明提供的破碎多晶硅的方法是通过氷电效 ^来破碎多晶 硅， 能够解决现有的机械破碎导效的问題， 谊方法具有破 均匀， 能够减少翁末和金属污 *， 并能提高多晶硅的品盾的优点， 并且 本发明方法还能有效控制 *碎后多晶硅的尺寸 因此本发明方法 可以大规摸的应用于多晶 的破碎上。

本发明破碎多晶硅的装置可通过调整光电电容 的放电电 、 主放电间隙、辅助放电间隙等参数，来控制多 晶硅破 的效杲（即 能够控制破碎后多晶硅的尺寸） ， 通过对上迷参数的最佳值进行 选择， 可以保证多晶硅破碎后达到最佳的破碎尺寸， 并减小粉束 料的产生。

具体来 ， 本发明的有益效杲如下：

1、 本发明所提供的破碎多晶硅的方法， 突破了传统的多晶硅 破碎方式， 通过利用氷电效.应来破碎多晶硅， 其工艺 f 单， 并且 可实现大规模破碎生产；

2、本复明方法不仅可以避免现有技术中破碎� �晶硅时出现的 金屬污染问题， 而且破碎均匀， 能够有效减少多晶珪粉末的形咸， 对提高企业效益方面具有非常重要的意义；

3、 采用本发明破碎多晶 的方法， 能够实现对破 后的多晶 .硅的线性尺寸的有效控制， 最终 够提高多晶硅的品盾；

4、 本发嚷所提供的破碎多晶 的装置， 其结构简羊、 安全, 且易于操作 效果的对比具体可参见下面的表 1。

表 1

从上面的表 1 中可见, 采用本发明破碎多晶硅的方法破碎后 得到的多晶硅要比采用人工破碎法破碎后得到 的多晶硅的颗粒均 匀地多， 而且多晶硅的线性尺寸大部分都集中在 25™ 70mm的¾ 围内《

P#图说明

闺 i为本发明破碎多晶硅的装置的结构示意图 _β

其中: 1-第一电极， 2第二电极， Β高压变电 S , G-高压整 流 S, R-充电电阻， C充电电容， Κ- 11离间 f¾开关， F-水池。 具 实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术 方案， 下面结 合附图和具体实 方式对本发 作透一歩评细描迷。

本发明提供一种破碎多晶 的方法， 包括如下歩骤： 将多晶硅置于容置有水的水池中;

给所述氷¾施加瞬间高压电，以使水池内的水� ��生高压放电 » 从而击碎所迷多晶硅。

其中, 水池施加的所述瞬间高压电所产生的电场 度大予 或等予水池中水的临界电场强度， 其中的临界电场强度为使介盾 水失去绝缘性的最低电场强度

优选的是， 所途水池中的水耒用 水 ₃

其中， 所迷純水中， 氷的电阻率 16,2 MO ,cm， Si0 ₂ 含量 l O p g/L, Fe 舍量 < 1.0 g/L， Ca舍量 ,0 g/L.， Na舍量 20 g/L, Mg舍量 L0g/L _e

这是 为， 多晶硅的 量指标包括表面金属杂 含量， 倒如 电子级多晶硅表面的金属杂 食量要求小于 i5ppbw ( ppbw表示 质量比个亿分之一） _B 由于采用本发明方法对多晶硅透行破碎需 要将多晶硅放置在水中 , 而将破 后的多晶硅从水中捞出后其表 面通常会有氷份残留， 干后该氷徐中的金属杂质就会残留在多 晶硅的表面上。毅设水膜厚度为 d,破 后的多晶硅块的幾牲尺寸 为 I), 水中金属条质的浓度为 C , 则表面金属杂盾含量的数值大 约是 dX C/D ₅ 即多晶硅表面 （由于氷的原國） 残留金屬杂盾含量 和水中金屬杂质浓度咸正比， 通过采用金属离子含量低的 水， 可以降低破 过程中氷对多晶硅的污染。

本发 还提供一种破 多晶 的装置， 包括高压吏电器、 高 压整流器、 充电电容、 隔离间隔开关、 容置有氷的水 ¾、 以及浸 在水池中的第一电极和第二电极， 所迷第一电极和第二电极间隔 —定距离设置， 第一电极和第二电极间隔的距 即为氷池的放电 间隙， 其中：

所迷高压变电器的一次绕組能与市电相接， 二次绕組的第一 连接端依次与高压整流器、 隔离间隔开关和第一电极连接， 二次 绕组的第二连接端接地、 并与第二电被连接， 充电电容连接在高 ϋ整流 «和 ¾离间隔开关的公共端与第二绕组和第二电极� ��公共 端之间。 实施例 1 : 本实施例提供一种破 多晶硅的装置， 如图 1所示， 该.装置 包括高压变电 B、 克电电 EE R、 高压整流 H G、 充电电容（、 P¾ 离间! ¾开关 K、水池 F、以及浸在水池 F中的第一电极 1和第二电 极 2， 其中, 水池 F中容置有水， 所途第一电极和 二电极均浸在 水池中并且相对设置

其中， 所迷高压变电 H B的一次绕组接市电， 其二次绕 II的 第一连接端依次与克电电 F且 R、 高 ϋ整流器 (；、 隔离间 ¾开关 Κ 和第一电被 i连接，二次绕组的第二连接端接地 并与第二电极 2 连接， 充电电容 C連接在高压整流 S G和 离间隔开关 K的公共 端与^二绕组和第二电极 2 的公共端之间。 也就是 ΐ羌， 克电电容 的一端连接高压整流器 G和隔离间¾开关 Κ的公共端， 另一端与 第二绕组的第二连接端连接。

其中 , 对于光电电容的容量值的遶取可以参照将多晶 硅破碎 成需要的尺寸时所需要的能量值通过公式：放 电能量 E=0.5U ² C透 行逸取„ 在上速公式中， U表示放电电压， C表示高圧棘沖电容。 通常 电能量范围为〗 100kJ， 优逸为 4 32kJ ₅ 國此光电电容的电 容值可以参照上述公式根据 电能量上限及放电电压上限来进行 逸取 倒如当放电 量 E的上限设定为 20kJ, 且将电压调节 ¾围 的上限为 200kV (即隔离间隔开关的击穿电压为 2(.)0kV ) 时， 则 充电电容 C的电容值为 02E/U ² 1 μ F, 又如, 当放电能量 E的上 限设定为 8kJ， 旦电 调节范围上限为 20kV (即隔离间隔开关的 放电间 为 20kV )时，則充电电容 C的电容值为 C 2.E/U ² 40 F。 本实施剑中， 充电电容 C的电容值为 0,5F

其中， 隔离间隔开关的放电间隙 （即辅助最电间 « ) 主要起 隔 作用， 本发明中， 对辅助放电间家的逸取有相应要求， 如杲 辅 放电闻隙过小则起不到隔离作用， 辅助放电 «过大则在指 定电压 ¾围内无法实现击穿； 对于水池的最电间隙 (主放电间隙） 的选取也有相应要求， 如 主放电间隙过小， 容易造成电梭烧他， 如果主放电间隙过大则将需要大大提高主最电 间隙击穿的临界电 ϋ , 从而会提高整个电气设备的电 ϋ等級和绝缘等級， 最终拉高 破碎成本。

另外, 需要保证辅助放电间隙的 界击穿电压应大于主放电 间隙的临界击穿电压 这祥， 当輔助放电间隙被击穿时， 主放电 间隙也立即被击穿， 从而达到瞵间 （ μ _δ 量级） 完成放电。 如果主 敌电间隙不能被击穿， 则需要调整相应的参数， 如增火辅助放电 间隙、 或缩小主放电间練或者同时 ΐ周整上述两个间隙 _β

优遶的是， 所途隔 ί间隔开关的敛电间隙 ( 辅助放电间! f ) 为 10™50mm， 离间薩开关的击穿电压为 30™ 200kV, 所迷氷池 的. 电间隙 （即主放电间 f* ) 为 30 ~ 80mm,

水池 F中容置的氷采用纯氷，所迷纯水中，氷的电 1¾拿》 18.2 MQ .cm, Si0 ₂ 含量 i0 y g/L， Fe食量 L0 y g/L, Ca含量《1,0 g/L, Na含量 20 y g/L， Mg含量 1.0g/L _s

优逸的是， 所迷氷池的底部还设有 I网， 所逮 网上的 孔 的 IL径为 25 lOOmttL 这样， 当水也中发生了一次瞬间高压放电 之后, 破碎合格的多晶硅经由所迷 网可以被瀘出， 而大于 fL 的多晶珪留在水池中继续进行下一次的破. ₀ 实施例 2:

本实施倒提供一种破 多晶 的方法， 该方法具侔可以采用 实施例 1 中的装置来进行实施。

该方法包括如下步骤：

歩骤一、 先向水池中注入占氷池容积约为 1/2— 3/4的氷， 再 向水中放入多晶硅， 直至水将全部多晶 没在其中；

歩骤二、 给水池 ¾加瞬间高压电， 所述高 电产生的电场强 庋大予或等于氷池中氷的 界电场强度， 具侓操作如下：

a.使.用市电通过高压变电器 B经高压整流器 0整流后对充电 电容 C充电；

b. 充电电容的电 ϋ达到隔离间隔开关 Κ的击穿电 时， 隔 离间 ¾开关 K被击穿， 此时克电电容 C所锗存的能量全部加在氷 也 F的第一电樣 1和第二电极 2上； c. 当水 ¾ F的第一电极 1和第二电极 2之间的电场强度大于 或等于水池中水的临界电场强度时， 水池 F就发生剧烈的静电高 压放电， 这种放电产生的强藏沖击波瞬间能缶 多晶硅；

d. 重复步 ¾ a〜e, 直至水池中的多晶硅全部被去碎时停止 _β 歩骤三、 取 ώ被击碎的多晶 ， 烘干即可„

本实 ϋ例中， 隔离间隔开关的放电间家 (即 助放电间 ) 为 20mm， 水池 F的放电间 If (即主放电间隙 ) 为 50mm, 使 离 间隔开关的击穿电 J£在 30™200k'V的范围内变化 _β 采用 方法得 到的多晶硅的破碎效果如表 2所示„

表 2

表 2示 ώ了当主放电间隙和辅助放电间隙保持不变， 而隔 ¾ 间 开关的击穿电 i£遲漸变大的情况下， 多晶硅的破碎效杲。 从 表 2 中可推知， 破碎后的多晶珪的线性尺寸隨着隔离间隔开关 的 击穿电 Λ的升高而 小 可见， 离间隔开关的击穿电 Λ是影响 多晶硅的破 效 的一个重要因素

需要 明的是, 本实施例中的方法也可以采用其他装置进行 实 ， 而不限于只是采用本实施例中示出的装置来实 施 实施倒 3 :

本实施倒提供一种破 多晶硅的方法， 该方法具体可以采用 实 *例 I 中的装置来遶行实施„

本实施例方法的步骤与实施倒 2基本相同， 不同的是， 本实 施例中，隔离间 ¾开关的击穿电压为 80KV ,氷池 F的放电间隙 (即 主放电间隙）为 50mm, 而使隔离间隔幵关的放电间隙（即辅麟放 电间隙） 在 10 ~ 50mm的范围内变化。 采用 ¾方法得到的多晶硅 的破碎效杲如表 3所示

表 3

隔离间 主放电 辅助放 多晶硅平均颗 破碎后的多晶 顆 疆开关 间隙 电间隙 糕大小 ( mm ) 粒分布

的击穿 ( mm ) ( mm )

电 ϋ 粉碎 粉碎后

( kV ) 前

0- 25mm: 3%; 25 50mm: 5%; 50- 100mm: 84%;

80 50 10 130 0 90 100mm以上： 8%

0- 25mm: 3.5%; 25 50mm: 5%;

80 50 20 130 0-84 50- 100 m: 91 .5%

0 25mm: 4,5%; 25 50mm: 8%;

80 50 30 130 0-8 1 50- 100mm: 87.5%

80 50 40 130 0-78 0-25mm: 8%； 25 50匪： 1 1%;

50- 100mm; 81 %

0-25 mm: 1 5%； 25-50mm: 1 3,5%;

80 50 50 130 0 73 50- 100mm: 71 .5%; 表 3示 了当隔离间 开关的击穿电圧保持不变， 主放电间 隙也不变， 而辅助放电间隙遷渐变 的情况下， 多晶硅的破碎效 杲„ 从表 3 中可推知， 破碎后的多晶硅的线牲尺寸隨着輔助放电 间隙的增大而 小。 可见， 辅助敌电间隙是影 多晶硅的破碎效 杲的一个重要 ¾素„ 实 *例 4:

本实施例提供一种破碎多晶硅的方法， ¾方法具体可以采用 实. 例 1 中的装置来迸行实施。

本实 倒方法的歩骤与实施例 2相同， 不同的是， 本实施例 中， 离间隔开关的放电间隙 (即辅助放电间 (f )保持为 20nim, 隔 ¾间 51开关的击穿电压在 30 ~ 200mm的范围内变化， 同时水池 F的放电间隙 (即主救电间隙 ) 在 30 〜 80mm的范围内变化。 采 用该方法得到的多晶硅的破 效杲如表 4所示

表 4

隔离间 主放电 辅助放 多晶硅平均顆 破碎后的多晶硅願粒 隔开关 间隙 电间隙 .粒大小 （mm ) 分布

的击穿 ( mm ) ( mm )

电压 粉碎 粉库后

( kV ) 前

25- 50匪： 5.5%;

50- 100mm: 76.5%;

30 30 20 130 0-92 100mm以上： 15%

80 50 20 130 0-84 0-25mm: 3.5%; 25- 50隱： 5%;

50- 100mm: 91 .5%

0-25隱： 8%; 25 50mm: 10%;

130 60 20 130 0-80 50- 100mm: 82%

0-25mm: 1 1 %; 25- 50瞧： 12%;

1 80 70 20 130 0-78 50- 100mm: 77%

0-25 mm: 13%； 25-50mm: 14%;

200 80 20 130 0-76 50- 1 00mm: 73%; 表 4示出了辅助敌电间隙保持不变， 而薩离间¾开关的击穿 电 不断增大， 同时主敌电间 «也不断增 的情况下， 多晶珪的 破碎效杲 从表 3 中可推知， 破碎 的多晶硅的线性尺寸遷渐减 小。

另外， 由表 4和表 2的破碎结 对比可以看出： 在相同的 II 离间隔开关的击穿电压， 相同的辅助放电间隙， 不同的主放电间 隙的情况 T , 表 2中破碎后多晶 的线性尺寸比表 4中破碎后多 晶 的线性尺寸小。 由此可以得出结论： 破碎后多晶硅的线性尺 寸 tt着隔萬间隔开关的击穿电压的增大而减小； 破碎后多晶珪的 线性尺寸随着主放电间隙的增大! ¾ 大； 在表 4的实驗参数的状 态下, 隔 »间隔开关的击穿电压对多晶硅的破碎结杲的� ��响比主 放电间隙对破碎结杲的影响大。 可以理解的是， 以上实 方式仅仅是为 T说明本复明的原理 而采用的示铜性实施方式， 然而本复明并不局限于此。 对于本领 城内的普通技术人员而言， 在不脱离本发明的精神和实质的情况 下， 以做 ώ各种变型和改邊， 这些变型和改进也視为本发明的 保 范围 _a