提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種多晶硅定向凝固裝置，具體涉及一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，包括爐體，爐體內(nèi)放置有石英坩堝，石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體、保溫套筒和感應(yīng)線圈，石英坩堝底部設(shè)置有與爐體底部通連的水冷拉錠機(jī)構(gòu)，其特征在于保溫套筒的高度為石英坩堝高度的1.5～2倍。本實(shí)用新型所具有的有益效果是：此裝置能夠?qū)崿F(xiàn)硅熔體的定向生長，能夠很好的實(shí)現(xiàn)定向凝固去除多晶硅中金屬性雜質(zhì)的目的。使用該裝置能夠很好的將石英坩堝側(cè)壁在下拉過程中的熱輻射攔截，有效的降低了側(cè)壁的輻射散熱，使定向凝固效果較常規(guī)定向凝固方式更好。側(cè)壁向中心方向生長的晶粒相對于常規(guī)裝置減少90%以上。
【專利說明】提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種多晶硅定向凝固裝置，具體涉及一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國，但人均能源消費(fèi)水平還很低。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)增長，針對目前的能源緊張狀況，世界各國都在進(jìn)行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促進(jìn)可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用，減少對進(jìn)口石油的依賴，加強(qiáng)能源安全。
[0003]作為可再生能源的重要發(fā)展方向之一的太陽能光伏發(fā)電近年來發(fā)展迅猛，其所占比重越來越大。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1.8GW (百萬千瓦)，到2050年將達(dá)到600GW。預(yù)計(jì)到2050年，中國可再生能源的電力裝機(jī)將占全國電力裝機(jī)的25%，其中光伏發(fā)電裝機(jī)將占到5%。預(yù)計(jì)2030年之前，中國太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上。
[0004]太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于對多晶硅原料的提純。在對多晶硅原料進(jìn)行提純的過程中，存在一個(gè)關(guān)鍵的、必不可少的環(huán)節(jié)，就是對多晶硅原料進(jìn)行定向凝固提純，所用到的定向凝固技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金提純領(lǐng)域。利用多晶硅原料中硅與金屬雜質(zhì)之間的分凝系數(shù)存在較大差異的這一特點(diǎn)，在凝固過程中，石英坩堝底端的硅液首先開始凝固，為達(dá)到分凝平衡，分凝系數(shù)小的雜質(zhì)從凝固的硅中向液態(tài)不斷擴(kuò)散分離出來而聚集在液態(tài)，隨著凝固不斷進(jìn)行，金屬雜質(zhì)在液態(tài)中的濃度越來越高，最后在鑄錠的頂端凝固下來，凝固完成后在較高溫度下保溫一段時(shí)間，使各成分充分?jǐn)U散以達(dá)到分凝平衡，最后將金屬雜質(zhì)含量較聞的一端去除，得到提純的多晶娃鑄淀。
[0005]目前定向凝固技術(shù)基本上都采用石英坩堝下拉的方式使多晶硅定向凝固，下拉是將石英坩堝逐漸拉出熱場區(qū)域，由于目前保溫套筒的高度和石英坩堝基本一致，所以下拉的石英坩堝部分暴露在爐體中，會像周圍散發(fā)大量的熱量，導(dǎo)致下拉部分的石英坩堝外壁溫度小于中心溫度，該方式會存在多晶硅沿著側(cè)壁朝向中心生長，導(dǎo)致多晶硅中的金屬性雜質(zhì)向從四周向中心富集，輕則影響定向凝固除雜效果，重則導(dǎo)致定性凝固提純多晶硅失敗。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提出一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，使多晶硅在定向凝固過程中一直處于保溫狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)多晶硅在凝固中完全自下而上的定向生長，提高了多晶硅在定向凝固中的除雜效果。
[0007]本實(shí)用新型所述的一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，包括爐體，爐體內(nèi)放置有石英坩堝，石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體、保溫套筒和感應(yīng)線圈，石英坩堝底部設(shè)置有與爐體底部通連的水冷拉錠機(jī)構(gòu)，保溫套筒的高度為石英坩堝高度的1.5?2倍。
[0008]其中，石英坩堝和水冷拉錠機(jī)構(gòu)之間優(yōu)選設(shè)置有石墨托板，由于石英坩堝底部受到循環(huán)水冷，所以會受到比較大的熱沖擊，容易損壞石英坩堝，因此在石英坩堝和水冷拉錠機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有石墨托板，防止熱沖擊造成石英坩堝的爆裂。
[0009]保溫套筒的高度優(yōu)選為石英坩堝高度的2倍，當(dāng)保溫套筒的高度為石英坩堝高度2倍的時(shí)候，可以保證多晶硅在定向凝固過程中一直處于保溫套筒的包圍區(qū)域內(nèi)。
[0010]本實(shí)用新型的工作過程如下:
[0011]( I)將硅料放置于石英坩堝內(nèi)，開啟機(jī)械泵、羅茨泵對爐體抽真空。
[0012](2)開啟感應(yīng)線圈，對石墨發(fā)熱體作用，使石英坩堝內(nèi)硅料升溫熔化形成硅熔體。
[0013](3)保溫后，依次關(guān)閉羅茨泵和機(jī)械泵。向爐體內(nèi)充入氬氣，啟動水冷拉錠機(jī)構(gòu)；
[0014](4)石英坩堝下拉之前，先將熱電偶位于石英坩堝外底部懸空放置，實(shí)時(shí)監(jiān)測硅的熔體與固體界面溫度，當(dāng)顯示的溫度高于1414°C時(shí)，持續(xù)增加冷卻水流量，當(dāng)溫度低于1414°C時(shí)，減小冷卻水量，使硅熔體的冷卻速度和水冷拉錠機(jī)構(gòu)的下降速度一致。
[0015](5)直至硅熔體完全被冷卻凝固后，停止對感應(yīng)線圈通電，停止水冷拉錠機(jī)構(gòu)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，操作結(jié)束。
[0016]本實(shí)用新型所具有的有益效果是:此裝置能夠?qū)崿F(xiàn)硅熔體的定向生長，能夠很好的實(shí)現(xiàn)定向凝固去除多晶硅中金屬性雜質(zhì)的目的。使用該裝置能夠很好的將石英坩堝側(cè)壁在下拉過程中的熱輻射攔截，有效的降低了側(cè)壁的輻射散熱，使定向凝固效果較常規(guī)定向凝固方式更好。側(cè)壁向中心方向生長的晶粒相對于常規(guī)裝置減少90%以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中:1、爐體2、石英坩堝3、石墨發(fā)熱體4、保溫套筒5、感應(yīng)線圈6、水冷拉錠機(jī)構(gòu)7、石墨托板。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]如圖1和圖2所示，一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，包括爐體1，爐體I內(nèi)放置有石英坩堝2，石英坩堝2外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體3、保溫套筒4和感應(yīng)線圈5，石英坩堝2底部設(shè)置有與爐體I底部通連的水冷拉錠機(jī)構(gòu)6，保溫套筒4的高度為石英坩堝2高度的2倍。
[0023]其中，石英坩堝2和水冷拉錠機(jī)構(gòu)6之間設(shè)置有石墨托板7，由于石英坩堝2底部受到循環(huán)水冷，所以會受到比較大的熱沖擊，容易損壞石英坩堝2，因此在石英坩堝2和水冷拉錠機(jī)構(gòu)6之間設(shè)置有石墨托板7，可以延長石英坩堝2的使用壽命。
[0024]保溫套筒4的高度為石英坩堝2高度的2倍，當(dāng)保溫套筒4的高度為石英坩堝高度2倍的時(shí)候，可以保證多晶硅在定向凝固過程中一直處于保溫套筒4的包圍區(qū)域內(nèi)。
[0025]工作過程如下:[0026](I)將工業(yè)硅500kg放置于石英坩堝2內(nèi)，開啟機(jī)械泵對爐體I抽真空至800Pa，再開啟羅茨泵繼續(xù)抽真空至0.1Pa ；
[0027](2)開啟感應(yīng)線圈5，對石墨發(fā)熱體3作用，使石英坩堝2內(nèi)硅料升溫至1500°C，經(jīng)10小時(shí)后，使硅料升溫熔化形成硅熔體；
[0028](3)保溫8小時(shí)后，依次關(guān)閉羅茨泵和機(jī)械泵。向爐體I內(nèi)充入氬氣，啟動水冷拉錠機(jī)構(gòu)6 ；
[0029](4)石英坩堝2下拉之前，先將熱電偶位于石英坩堝2外底部懸空放置，實(shí)時(shí)監(jiān)測硅的熔體與固體界面溫度，當(dāng)顯示的溫度高于1414°C時(shí)，持續(xù)增加冷卻水流量，當(dāng)溫度低于1414°C時(shí)，減小冷卻水量，使硅熔體的冷卻速度和水冷拉錠機(jī)構(gòu)6的下降速度一致。
[0030](5)直至硅熔體完全被冷卻凝固后，停止對感應(yīng)線圈5通電，停止水冷拉錠機(jī)構(gòu)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，操作結(jié)束。
[0031 ] 此裝置能夠?qū)崿F(xiàn)硅熔體的定向生長，能夠很好的實(shí)現(xiàn)定向凝固去除多晶硅中金屬性雜質(zhì)的目的。使用該裝置能夠很好的將石英坩堝2側(cè)壁在下拉過程中的熱輻射攔截，有效的降低了側(cè)壁的輻射散熱，使定向凝固效果較常規(guī)定向凝固方式更好。側(cè)壁向中心方向生長的晶粒相對于常規(guī)裝置減少90%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，包括爐體，爐體內(nèi)放置有石英坩堝，石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體、保溫套筒和感應(yīng)線圈，石英坩堝底部設(shè)置有與爐體底部通連的水冷拉錠機(jī)構(gòu)，其特征在于保溫套筒的高度為石英坩堝高度的1.5?2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，其特征在于石英坩堝和水冷拉錠機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有石墨托板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高多晶硅定向凝固過程中除雜效果的定向凝固裝置，其特征在于保溫套筒的高度為石英坩堝高度的2倍。
【文檔編號】C01B33/037GK203382512SQ201320429055
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】譚毅, 袁濤, 溫書濤, 陳磊 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司