專利名稱：雜料硅鑄錠專用爐及其鑄錠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電領(lǐng)域，具體涉及一種雜料硅鑄多晶硅錠專用爐及其鑄錠方法。
背景技術(shù)：
光電領(lǐng)域中，硅是非常重要和常用的半導(dǎo)體原料，是太陽能電池最理想的原材料。硅原料一般要經(jīng)過清洗、鑄錠、切塊、粘膠、切片、脫膠、清洗等工序后，才能用于太陽能電池。由于鑄錠硅爐生產(chǎn)的多晶硅錠質(zhì)量穩(wěn)定，鑄錠工藝比較成熟，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。但在這種鑄錠硅爐上用雜料硅鑄多晶硅錠，其利用率比較低，一般只能達(dá)到百分之六十左右，單爐產(chǎn)量也比較低，單爐一般都在半噸以下達(dá)不到半噸。所述雜料硅是指回收的單晶硅生產(chǎn)廠生產(chǎn)單晶硅過程中的單晶硅廢料，以及多晶硅鑄錠過程中產(chǎn)生的多晶硅廢料
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用雜料硅鑄多晶硅錠專用爐及其鑄錠方法，使鑄定生產(chǎn)成本降低、多晶硅質(zhì)量提高，同時鑄錠產(chǎn)量也有提高。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
雜料硅鑄多晶硅錠專用爐，包括爐體，所述爐體設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，爐體內(nèi)設(shè)有石墨臺，所述石墨臺上放置有坩堝，還包括罩蓋于坩堝的加熱器，罩蓋于加熱器的隔熱籠，所述隔熱籠內(nèi)頂部與石墨臺上表面之間的距離略小于坩堝高度的2倍。本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述坩堝的內(nèi)表面涂有氮化硅涂料。本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，坩堝邊口向下Γ8厘米范圍內(nèi)的內(nèi)表面涂有單層氮化娃涂料，其余內(nèi)表面涂有多層氮化娃涂料。用上述雜料硅鑄多晶硅錠專用爐進(jìn)行多晶硅鑄錠的方法，包括以下步驟
1)將盛有原料硅的坩堝放置于石墨臺，并將爐體閉合；
2)將隔熱籠略微提升，使隔熱籠底部與石墨臺上表面之間有間隙，并通過出氣口，將爐體內(nèi)抽為真空狀態(tài)，爐體進(jìn)行預(yù)熱；
3)通過進(jìn)氣口向爐體內(nèi)加入保護(hù)氣，將爐體內(nèi)的氣壓逐漸增加至600毫巴，開啟加熱器進(jìn)行加熱，半小時內(nèi)逐漸加熱至1200攝氏度左右，并維持半小時左右；再將爐體內(nèi)的溫度加熱至1550攝氏度左右，將原料硅全部熔化；
4)維持爐體內(nèi)氣壓為600毫巴，關(guān)閉加熱器，并提升隔熱籠至坩堝高度的五分之一位置處，使?fàn)t體內(nèi)的溫度下降并保持在1440攝氏度左右，讓熔化的硅料長晶；
5)2小時后，維持爐體內(nèi)氣壓為600毫巴，將隔熱籠分四次，等高提升至坩堝高度的三分之一位置處，使?fàn)t體內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右，；
6)維持爐體內(nèi)氣壓仍為600毫巴，爐體內(nèi)溫度下降至1370攝氏度左右，將隔熱籠下降至石墨臺，并維持該狀態(tài)3. 5小時，使長晶后的硅錠退火；
7 )增大出氣口、進(jìn)氣口的氣體流量，維持爐體內(nèi)氣壓仍為600毫巴，約3小時后，將隔熱籠分三次提升至坩堝高度的三分之二位置處，使?fàn)t體內(nèi)溫度下降至400攝氏度左右；8)打開爐體，將坩堝取出，并將硅錠自然冷卻至室溫即可。本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述步驟I)中，原料硅中包括多晶硅和單晶硅，所述多晶硅與單晶硅的質(zhì)量比為1:1，所述單晶硅作為鍋底料，單晶硅鍋底料在鑄錠前需要在550攝氏度左右的溫度下進(jìn)行退火操作。本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述步驟5)中，在長晶過程中，對硅液的凝固速率每小時進(jìn)行一次檢測。本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述步驟5)中，第一次提升后維持該狀態(tài)2 3小時，第二次提升后維持該狀態(tài)7小時左右，第三次提升后維持該狀態(tài)17小時左右；最后一次提升后維持該狀態(tài)4小時左右；在這期間，爐體內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右，爐體內(nèi)氣壓維持600毫巴。
本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述步驟7)中，第一次隔熱籠提升至坩堝高度的四分之一位置處，爐體壓力增加至700毫巴，并維持該狀態(tài)2小時，第二次提升隔熱籠至坩堝高度的二分之一位置處，并維持該狀態(tài)71小時，最后將隔熱籠提升至坩堝高度的三分之二位置處，關(guān)閉出氣口，將爐體內(nèi)的氣壓加壓至850毫巴，保持該狀態(tài)半小時左右。本發(fā)明的有益效果在于
用本發(fā)明進(jìn)行雜料硅鑄多晶硅錠時，選用雜料硅，可以大大降低生產(chǎn)成本；外購回來的單晶硅雜料，在鑄錠前先在550攝氏度下進(jìn)行退火，使單晶硅鍋底料的電阻值得到穩(wěn)定；增加隔熱籠與石墨臺之間的距離，可以使隔熱籠內(nèi)的溫度更穩(wěn)定，溫度變化更緩和，有利于硅料的長晶；由于硅原料熔化后，硅液表面與坩堝邊口有一定距離，所以坩堝邊口向下31厘米范圍內(nèi)涂單層氮化硅涂料可以節(jié)省一定的成本；將硅料的長晶時間延長，并在硅料的長晶過程中每小時都進(jìn)行一次監(jiān)控，保證硅料的長晶速度在最佳狀態(tài)。由此可知，用本發(fā)明進(jìn)行雜料硅鑄多晶硅錠，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，在單爐能耗僅增加百分之十的條件下，單爐廣量提聞了百分之二十五，而且大大提聞了多晶娃淀的質(zhì)量，使多晶娃淀的利用率提聞了百分之十。


圖I為本發(fā)明流程示意圖。圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)主視剖視示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括爐體I，所述爐體I設(shè)有進(jìn)氣口 4和出氣口 5，爐體I內(nèi)設(shè)有石墨臺3,所述石墨臺3上放直有樹禍7(本實施案例中，樹禍7的型號為540型),還包括罩蓋于i甘禍7的加熱器8,罩蓋于加熱器8的隔熱籠2,所述隔熱籠2內(nèi)頂部與石墨臺3上表面之間的距離略小于坩堝7高度的2倍；所述坩堝7的內(nèi)表面涂有氮化硅涂料9 ;坩堝7邊口向下Γ8厘米范圍內(nèi)的內(nèi)表面涂有單層氮化硅涂料9 (本實施案例中，距離坩堝7開口向下5厘米的范圍內(nèi)涂有單層氮化娃涂料9),其余內(nèi)表面涂有多層氮化娃涂料9。用本發(fā)明進(jìn)行多晶硅鑄錠的方法，包括以下步驟
先將盛有原料硅6的坩堝7放置于石墨臺3，并將爐體I閉合；所述原料硅6中包括多晶硅和單晶硅，所述多晶硅與單晶硅的質(zhì)量比為1:1，所述單晶硅作為鍋底料，單晶硅鍋底料在鑄錠前需要在550攝氏度左右的溫度下進(jìn)行退火操作；再將隔熱籠2略微提升，使隔熱籠2底部與石墨臺3上表面之間有間隙，并通過出氣口 5，將爐體I內(nèi)抽為真空狀態(tài)，爐體I進(jìn)行預(yù)熱；通過進(jìn)氣口 4向爐體I內(nèi)加入保護(hù)氣，將爐體I內(nèi)的氣壓逐漸增加至600毫巴，開啟加熱器8進(jìn)行加熱，半小時內(nèi)逐漸加熱至1200攝氏度左右，并維持半小時左右；再將爐體I內(nèi)的溫度加熱至1550攝氏度左右，將原料硅6全部熔化；維持爐體I內(nèi)氣壓為600毫巴，關(guān)閉加熱器8，并提升隔熱籠2至坩堝7高度的五分之一位置處，使?fàn)t體I內(nèi)的溫度下降并保持在1440攝氏度左右，讓熔化的硅料6長晶；2小時后，維持爐體I內(nèi)氣壓為600毫巴，將隔熱籠2分四次，等高提升至坩堝7高度的三分之一位置處，使?fàn)t體I內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右；所述步驟中，第一次提升后維持該狀態(tài)2 3小時，第二次提升后維持該狀態(tài)7小時左右，第三次提升后維持該狀態(tài)17小時左右；最后一次提升后維持該狀態(tài)4小時左右；在這期間，爐體I內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右，爐體I內(nèi)氣壓維持600毫巴；上述步驟中，在長晶過程中，對硅液的凝固速率每小時進(jìn)行一次檢測；維持爐體I內(nèi)氣壓仍為600毫巴，爐體I內(nèi)溫度下降至1370攝氏度左右，將隔熱籠2下降至石墨臺3，并維持該狀態(tài)3. 5小時，使長晶后的硅錠退火；增大出氣口 5、進(jìn)氣口 4的氣體流量，維持爐體I內(nèi)氣壓仍為600毫巴，約3小時后，將隔熱籠 2分三次提升至坩堝7高度的三分之二位置處，使?fàn)t體I內(nèi)的溫度下降至400攝氏度左右；所述步驟中，第一次隔熱籠2提升至坩堝7高度的四分之一位置處，爐體I壓力增加至700毫巴，并維持該狀態(tài)2小時，第二次提升隔熱籠2至坩堝7高度的二分之一位置處，并維持該狀態(tài)71小時，最后將隔熱籠2提升至坩堝7高度的三分之二位置處，關(guān)閉出氣口 5，將爐體I內(nèi)的氣壓加壓至850毫巴，保持該狀態(tài)半小時左右，使?fàn)t體I內(nèi)的溫度下降至400攝氏度左右；最后打開爐體1，將坩堝7取出，并將硅錠自然冷卻至室溫即可。本實施案例中，單爐多晶硅錠產(chǎn)量從以前的460千克增加至630千克，產(chǎn)出的多晶硅錠利用率從以前的百分之六十提高至百分之七十，整個工藝耗時從以前的63小時僅增加至70小時；進(jìn)一步降低了成本，而且多晶硅錠中不能使用的廢料經(jīng)過清洗后仍能夠再次進(jìn)爐鑄錠，提高了利用率。
權(quán)利要求
1.雜料硅鑄多晶硅錠專用爐，包括爐體(1)，所述爐體(I)設(shè)有進(jìn)氣口(4)和出氣口(5),爐體(I)內(nèi)設(shè)有石墨臺(3),所述石墨臺(3)上放置有i甘堝(7),還包括罩蓋于 甘堝(7)的加熱器(8)，罩蓋于加熱器(8)的隔熱籠(2)，其特征在于所述隔熱籠(2)內(nèi)頂部與石墨臺(3)上表面之間的距離略小于坩堝(7)高度的2倍。
2.如權(quán)利要求I所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠專用爐，其特征在于所述坩堝(7)的內(nèi)表面涂有氣化娃涂料(9)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠專用爐，其特征在于坩堝(7)邊口向下3^8厘米范圍內(nèi)的內(nèi)表面涂有單層氮化硅涂料(9 )，其余內(nèi)表面涂有多層氮化硅涂料(9 )。
4.用上述雜料硅鑄多晶硅錠專用爐進(jìn)行多晶硅鑄錠的方法，其特征在于包括以下步驟1)將盛有原料硅(6)的坩堝(7)放置于石墨臺(3)，并將爐體(I)閉合；2)將隔熱籠(2)略微提升，使隔熱籠(2)底部與石墨臺(3)上表面之間有間隙，并通過出氣口(5)，將爐體(I)內(nèi)抽為真空狀態(tài)，爐體(I)進(jìn)行預(yù)熱；3)通過進(jìn)氣口(4)向爐體(I)內(nèi)加入保護(hù)氣，將爐體(I)內(nèi)的氣壓逐漸增加至600毫巴，開啟加熱器(8)進(jìn)行加熱，半小時內(nèi)逐漸加熱至1200攝氏度左右，并維持半小時左右；再將爐體(I)內(nèi)的溫度加熱至1550攝氏度左右，將原料硅(6)全部熔化；4)維持爐體(I)內(nèi)氣壓為600毫巴，關(guān)閉加熱器(8)，并提升隔熱籠(2)至坩堝(7)高度的五分之一位置處，使?fàn)t體(I)內(nèi)的溫度下降并保持在1440攝氏度左右，讓熔化的硅料(6)長晶；5)2小時后，維持爐體(I)內(nèi)氣壓為600毫巴，將隔熱籠(2)分四次，等高提升至坩堝(7)高度的三分之一位置處，使?fàn)t體(I)內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右，；6)維持爐體(I)內(nèi)氣壓仍為600毫巴，爐體(I)內(nèi)的溫度下降至1370攝氏度左右，將隔熱籠(2)下降至石墨臺(3)，并維持該狀態(tài)3. 5小時，使長晶后的硅錠退火；7)增大出氣口(5)、進(jìn)氣口(4)的氣體流量，維持爐體(I)內(nèi)氣壓仍為600毫巴，約3小時后，將隔熱籠(2)分三次提升至坩堝(7)高度的三分之二位置處，使?fàn)t體(I)內(nèi)溫度下降至400攝氏度左右；8 )打開爐體(I)，將坩堝(7 )取出，并將硅錠自然冷卻至室溫即可。
5.如權(quán)利要求4所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠方法，其特征在于所述步驟I)中，原料硅(6)中包括多晶硅和單晶硅，所述多晶硅與單晶硅的質(zhì)量比為1:1，所述單晶硅作為鍋底料，單晶硅鍋底料在鑄錠前需要在550攝氏度左右的溫度下進(jìn)行退火操作。
6.如權(quán)利要求4所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠方法，其特征在于所述步驟5)中，在長晶過程中，對硅液的凝固速率每小時進(jìn)行一次檢測。
7.如權(quán)利要求4所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠方法，其特征在于所述步驟5)中，第一次提升后維持該狀態(tài)廣3小時，第二次提升后維持該狀態(tài)7小時左右，第三次提升后維持該狀態(tài)17小時左右；最后一次提升后維持該狀態(tài)4小時左右；在這期間，爐體(I)內(nèi)的溫度從1440攝氏度左右緩慢下降至1410攝氏度左右，爐體(I)內(nèi)氣壓維持600毫巴。
8.如權(quán)利要求4所述的一種雜料硅鑄多晶硅錠方法，其特征在于所述步驟7)中，第一次隔熱籠(2)提升至坩堝(7)高度的四分之一位置處，爐體(I)壓力增加至700毫巴，并維持該狀態(tài)2小時，第二次提升隔熱籠(2)至坩堝(7)高度的二分之一位置處，并維持該狀態(tài)廣8小時，最后將隔熱籠(2)提升至坩堝(7)高度的三分之二位置處，關(guān)閉出氣口(5)，將爐體(I)內(nèi)的氣壓加壓至850毫巴，保持該狀態(tài)半小時左右。
全文摘要
本發(fā)明公開了雜料硅鑄多晶硅錠專用爐及其鑄錠方法，雜料硅鑄多晶硅錠專用爐，包括爐體，所述爐體設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，爐體內(nèi)設(shè)有石墨臺，所述石墨臺上放置有坩堝，還包括罩蓋于坩堝的加熱器，罩蓋于加熱器的隔熱籠，所述隔熱籠內(nèi)頂部與石墨臺上表面之間的距離略小于坩堝高度的2倍。用本發(fā)明進(jìn)行雜料硅鑄多晶硅錠時，先將盛有硅原料的坩堝放置在石墨臺上，閉合爐體，將爐體內(nèi)抽為真空，加入保護(hù)氣，加熱熔化硅原料，凝固長晶，最后進(jìn)行冷卻。從上述工作過程可知，用本發(fā)明進(jìn)行雜料硅鑄多晶硅錠，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，單爐產(chǎn)量得到了很大的提高，而且大大提高了多晶硅錠的質(zhì)量。
文檔編號C30B28/06GK102925972SQ201210426099
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者呂文 申請人:宿遷宇龍光電科技有限公司