控制矽錠鑄造中結晶速度的方法
2023-09-22 00:07:55 1
控制矽錠鑄造中結晶速度的方法
【專利摘要】本發明公開了一種控制矽錠鑄造中結晶速度的方法。該方法包括採用鑄錠爐進行結晶，結晶的過程包括多個工藝控制步驟，至少一個工藝控制步驟中鑄錠爐按照預設的鑄錠爐的輸出功率運行以控制鑄錠爐的熱場內的熱量。應用本發明的技術方案，控制光伏行業中矽錠鑄造中結晶速度，改變現有PID控制器兩步計算法，直接向控制器設定功率大小，避免了兩步算法的滯後性，通過預設功率控制熱場內穩定長晶所需的熱量，從而使矽液結晶速度可控，穩定矽液結晶質量，避免了因溫度控制再去計算輸出功率的滯後性。
【專利說明】控制矽錠鑄造中結晶速度的方法【技術領域】[0001]本發明涉及光伏製造領域，具體而言，涉及一種控制矽錠鑄造中結晶速度的方法。 【背景技術】[0002]目前光伏行業發展迅速，多晶鑄錠爐已有多種熱場形式，不同熱場針對特有鑄造方法設計，在鑄造多晶矽錠工藝上有很大不同。但無論鑄錠工藝如何變化調整，其鑄錠的五個過程沒有大的變化，即:加熱、熔化、結晶生長、退火、冷卻五個步驟。[0003]以精功500N型鑄錠爐為例，如圖1所示，包括:散熱臺10，石墨材質，具有良好的熱傳導性，用於承載矽料、裝載矽料的石英坩堝以及石墨側面護板20和石墨底板30，矽液結晶時通過散熱臺10將熱量輻射到底部的水冷銅盤上；百葉窗40，位於散熱臺10底部，共四片百葉，由隔熱材料組成，每片百葉都可以向下旋轉90°C，在百葉窗打開過程中，散熱臺 10熱量通過百葉窗40窗口將熱量輻射到底部水冷銅盤上，保證坩堝50內的熔融矽料在結晶過程中能夠將熱量散發出去；隔熱層60，鋼架結構，框架內由多塊石墨硬氈材質保溫板拼接組裝，用於熱場內保溫；隔熱擋板70，位於熱場內部，由一圈保溫硬氈構成，通過提升吊杆可以升降；加熱器80，設置坩堝50的上方，隔熱層90，設置在隔熱擋板70的下方，以及頂部測溫點51和底部測溫點52 ;水冷銅盤，位於熱場底部散熱臺10正下端，百葉打開後， 百葉位置形成散熱窗口，從而使散熱臺10的熱量可以直接傳到到水冷銅盤表面,從而使散熱臺10迅速降溫，矽液底部形成過冷度，矽液開始散熱結晶，水冷銅盤底部纏繞冷卻水銅管，上部由厚度為30毫米，變長為1000毫米的正方實體銅質銅板製作而成，銅質銅板導熱率很大，利於熱量快速傳導。[0004]在矽液結晶生長階段，散熱臺10下部的百葉窗40逐步打開，形成散熱窗口，散熱臺10通過散熱窗口將矽液內的熱量輻射出去使矽液底部開始降溫，隨著百葉角度逐漸變大，散熱臺10向外輻射熱量也逐漸變大，當熱量合適時，從矽液底部開始成核，晶核逐步結晶變大，開始豎直方向向上生長，當矽液全部結晶後完成整個結晶過程。[0005]如圖1所示，百葉位於散熱臺10正下方，百葉窗40由四塊可轉動保溫百葉條組成，百葉條可在(TC至90°C轉動，用以開關百葉窗口，百葉及隔熱層90均採用隔熱效果良好的石墨硬氈拼接而成，用以保持熱場內部的熱量，使熱量只能通過散熱窗口散失，百葉窗40 打開後，熱量通過散熱臺10直接輻射到底部水冷銅盤上，從而為矽錠的豎直方向定向結晶提供豎直方向溫度梯度。[0006]現有鑄錠爐460kg矽錠結晶階段運行工藝描述如下:[0007]結晶:在40小時內完成整個矽液結晶過程，工藝過程設置如表1:[0008]表1[0009]
【權利要求】
1.一種控制矽錠鑄造中結晶速度的方法，包括採用鑄錠爐進行結晶，所述結晶的過程包括多個工藝控制步驟，其特徵在於，至少一個所述工藝控制步驟中所述鑄錠爐按照預設的鑄錠爐的輸出功率運行以控制所述鑄錠爐的熱場內的熱量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述鑄錠爐包括:側部隔熱層(60)；底部隔熱層(90)，呈環狀，所述環狀的內環位置設置有百葉窗(40)，所述底部隔熱層(90)與所述側部隔熱層(60)共同圍成一個腔體；坩堝(50)，設置在所述腔體內；加熱器(80)，設置在所述坩堝(50)的上方；隔熱擋板(70)，設置在所述底部隔熱層(90)與所述側部隔熱層(60)相接處，且朝向所述腔體心延伸；水冷銅盤(100),設置在所述百葉窗(40)的下方；頂部測溫點(51)，設置在所述側部隔熱層(60)與所述坩堝(50)之間，且位於所述腔體的頂部的1/4~1/5處；控制器，用於控制所述鑄錠爐的輸出功率，在所述鑄錠爐按照預設的鑄錠爐的輸出功率運行之前，所述方法還包括確定相應的所述工藝控制步驟中預設的所述鑄錠爐的輸出功率的步驟，所述預設的所述鑄錠爐的輸出功率是根據矽錠鑄造中結晶段所述水冷銅盤(100)進出水溫度差值所帶走的熱量、矽液結晶散發的熱量來計算矽液平穩結晶所需的熱量，再結合所述所需的熱量計算確定的。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述鑄錠爐為精工500N型鑄錠爐，所述方法包括以下步驟:第一步:所述百葉窗(40)的百葉開度為22~28度角，所述頂部測溫點(51)溫度維持超過矽液的熔點溫度，時間為30~60分鐘；第二步:在所述第一步基礎上繼續勻速打開所述百葉窗(40)至百葉開度為32~38度角，維持所述頂部測溫點溫度低於所述第一步中所述頂部測溫點溫度O~5°C，時間為30~ 60分鐘；第三步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為51~59kw，所述百葉開度為42~48度角，時間為240~300分鐘；第四步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為56~64kw，所述百葉開度為57~63度角，時間為240~300分鐘；第五步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為61~69kw，所述百葉開度為84~90度角，時間為240~300分鐘；第六步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為66~74kw，所述百葉開度為84~90度角，時間為240~300分鐘；第七步，保證所述矽液的頂部液面溫度低於矽熔點溫度，所述頂部測溫點溫度為 1410~1418°C，時間為180~240分鐘。
4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟:第一步:所述百葉窗(40)的百葉開 度為23~27度角，所述頂部測溫點(51)溫度維持超過矽液的熔點溫度，時間為30~40分鐘；第二步:在所述第一步基礎上繼續勻速打開所述百葉窗(40)至百葉開度為33~37度角，維持所述頂部測溫點溫度低於所述第一步中所述頂部測溫點溫度O~5°C，時間為30~40分鐘； 第三步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為53~57kw，所述百葉開度為43~47度角，時間為240~270分鐘； 第四步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為58~62kw，所述百葉開度為58~62度角，時間為240~270分鐘； 第五步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為63~67kw，所述百葉開度為76~80度角，時間為240~270分鐘； 第六步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為68~72kw，所述百葉開度為76~80度角，時間為240~270分鐘； 第七步，保證所述矽液的頂部液面溫度低於矽熔點溫度，所述頂部測溫點溫度為1410~1418°C，時間為180~240分鐘。
5.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 第一步:百葉開度25度角，矽液底部開始散熱，頂部測溫點溫度維持超過所述矽液熔點溫度，保持矽液頂部不結晶，時間為30分鐘； 第二步:在所述第一步基礎上繼續勻速打開所述百葉至35度角，所述頂部測溫點溫度設定同略微降低，時間為30分鐘； 第三步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為55kw，所述百葉開度為45度角，時間為240分鐘； 第四步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為60kw，所述百葉開度為65度角，時間為240分鐘； 第五步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為65kw，所述百葉開度為90度角，時間為240分鐘； 第六步，控制所述鑄錠爐的輸出功率為70kw，所述百葉開度為90度角，時間為240分鐘； 第七步，保證所述矽液的頂部液面溫度低於矽熔點溫度，所述頂部測溫點溫度設定略低於矽熔點溫度，時間為180分鐘。
【文檔編號】C30B29/06GK103603032SQ201310574258
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月15日 優先權日:2013年11月15日
【發明者】李孟, 方軍傑, 周秉林, 魏景拓 申請人:英利集團有限公司