一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法

2023-09-18 21:36:05 1

一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法，生產原生多晶矽用方型矽芯材料由原生免洗多晶矽90~120kg；菜籽多晶矽5~30kg；碎多晶矽15~30kg；母合金1.7~3g按照一定比例，經過投料，拉晶，收尾，截晶，切割而成，與現有技術相比，本發明生產出的方型矽芯優點在於晶體單一晶向生長，晶體結構較為穩定，切割時不易斷裂，雜質在晶體中有一定的分布規律，電阻率測試數據穩定；提高多晶矽產量、節能降耗；方型矽芯截面積大、強度高，承載能力大，同時方型矽芯尺寸標準和卡瓣夾持垂直度容易保證，搭橋用圓錐榫連接十分可靠，大大降低了還原爐倒爐的可能性。
【專利說明】一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及多晶矽的生產，尤其涉及一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法。

【背景技術】
[0002]多晶矽是晶體矽材料的一種，是主要的光伏材料之一，被廣泛應用於半導體和太陽能電池領域，隨著半導體材料的發展和新能源的需求，人們對多晶矽的需求也越來越大，目前行業內多晶矽的生產主要為西門子法和矽烷法，其中西門子法應用廣泛，改良後的西門子法更是得到了大力的推廣。
[0003]西門子法生產多晶娃時所用的娃芯主要為圓娃芯，圓娃芯米用原生多晶娃母棒料，用區熔法拉制，其純度高，但生產成本也高，生產效率低，以目前國內的區熔爐，每爐只能生產10根圓矽芯，圓矽芯的直徑控制是通過拉速和溫度調節來實現的，自動控制較困難，操作工勞動強度大，技術水平要求高，矽芯尺寸公差也較大，導致使用中電流密度不均勻，容易產生亮點，發軟而倒爐；矽芯在安裝時因粗細不均勻，在卡瓣中呈點接觸而使得垂直安裝困難，導致在多晶矽長粗後承重偏心而倒爐；圓矽芯搭橋橫梁是採用丫叉擱放方式，接觸面小，在高壓擊穿和較大氣流動時容易跌落而倒爐。多晶矽生產中發生倒爐是一種十分麻煩的事，不僅要重啟拆爐、開爐啟動程序，帶來嚴重的經濟損失，甚至還會引起安全事故，嚴重影響企業的安全連續生產。


【發明內容】

[0004]為解決現有技術中使用圓矽芯生產多晶矽生產效率低，且易倒爐的問題，本發明提供一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料及製備方法，利用單晶生產工藝生產N型矽芯圓棒，後利用娃芯切割機切割成方型娃芯，每爐可生產80?123根方型娃芯代替圓娃芯,在同等條件下，提聞原生多晶娃廣能，降低生廣成本。
[0005]本發明採用以下技術方案實現上述目的:
一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料，其特徵在於:它由下述原料按照一定比例製備:原生免洗多晶矽90?120kg ;菜籽多晶矽5?30kg ;碎多晶矽15?30kg ;母合金1.7?3g。
[0006]所述母合金為電阻率0.003-0.0055Q*cm的N型母合金。
[0007]所述母合金為電阻率0.004Q*cm的N型母合金。
[0008]一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料的製備方法，它包括以下步驟:
(1)投料:生產原生多晶矽用方型矽芯材料首爐投料，選取原料按照權利要求1所述配比混合均勻後，投放進坩堝中，每次投料量為14(T220kg ；
(2)拉晶:將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，生產N型矽芯圓棒；對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；
(3)截晶:截掉矽芯圓棒頭尾兩端，使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的有效長度為2400 ± 2mm或2500 ± 2mm ；
(4)切割:將均勻圓柱形矽棒線切割，加工成方型矽芯；
(5)生產原生多晶矽用方型矽芯材料第二爐及以後每爐的投料，按照原生免洗多晶矽90?120kg ;菜籽多晶矽5?30kg ;碎多晶矽15?30kg ;N型矽芯邊皮20?36kg ;碎多晶矽15^30kg ;母合金1.7?3g，配比混合均勻，投放進坩堝中，每次投料量為14(T220kg，然後重複第2至第4步操作。
[0009]所述N型矽芯邊皮、N型矽芯頭尾料均為首爐生產原生多晶矽用方型矽芯材料所產生的邊角料。
[0010]所述拉晶過程中，如果6小時內未進行引晶、放肩工作，則需要測熔料電阻，電阻合格方可繼續進行引晶、放肩工作；若熔料電阻不合格，則需補摻摻雜劑，然後繼續操作。
[0011]與現有技術相比，本發明生產出的方型矽芯優點在於:
方型矽芯由於晶體單一晶向生長，晶體結構較為穩定，在切割為方型矽芯的過程中不易斷裂，且由於雜質在晶體中有一定的分布規律，電阻率測試數據穩定。
[0012]提高多晶矽產量、節能降耗:使用方型矽芯給生產原生多晶矽的工藝水平帶來了十分顯著的提高，8X8方型矽芯與Φ8圓矽芯相比，表面積增加27%，加上線切時留下的線痕進一步增大表面積，使還原初始的多晶矽沉積速度有效提高。同時方型矽芯可以方便生產多種尺寸規格，例如8X8、10X 10、12X 12、15X 15等，以利於提高初始的生產速度，從而縮短爐周期以提高產量降低能耗。以10X10的方型矽芯與目前大多數工廠使用的Φ8圓矽芯相比，多晶矽的生長速率提高了 3%左右，爐周期縮短近20小時，降低電耗2萬度。
[0013]由於方型矽芯截面積大強度高，承載能力大，同時方型矽芯尺寸標準和卡瓣夾持垂直度容易保證，搭橋用錐頭錐孔結構，連接十分可靠，大大降低了還原爐倒爐的風險。

【具體實施方式】
[0014]為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下結合具體優選的實施例對本發明作進一步描述，但並不因此而限制本發明的保護範圍。
[0015]實施例1
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶矽90kg、菜籽多晶矽10kg、碎多晶矽15kg、N型矽芯邊皮20kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.7g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在170_174mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後,對圓棒進行收尾,要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯，共得到方型矽芯80根，每根方矽芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0016]實施例2
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶矽94kg、菜籽多晶矽10kg、碎多晶矽21kg、N型矽芯邊皮30kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.8g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在183_187mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後,對圓棒進行收尾,要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯，共得到方型矽芯92根，每根方矽芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0017]實施例3
選用23寸坩堝H440，投放原生免洗多晶矽91kg、菜籽多晶矽15kg、碎多晶矽25kg、N型矽芯邊皮35kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在185_189mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2500±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型娃芯，得到方型娃芯97根，每根方娃芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0018]實施例4
選用23寸坩堝H440，投放原生免洗多晶矽100kg、菜籽多晶矽21kg、碎多晶矽30kg、N型矽芯邊皮35kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.7g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在196-200mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2500±2mm ;將均勻圓柱形矽棒線切割，力口工成方型娃芯，得到方型娃芯112根,每根方娃芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0019]實施例5
選用坩堝H395，投放原生免洗多晶矽100kg、菜籽多晶矽5kg、碎多晶矽26kg、N型矽芯邊皮25kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.8g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在179_183mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2500±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯，得到方型矽芯89根，每根方矽芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0020]實施例6
選用坩堝H395，投放原生免洗多晶矽115kg、菜籽多晶矽5kg、碎多晶矽25kg、N型矽芯邊皮21kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在189_193mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯，得到方型矽芯98根，每根方矽芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0021]實施例7
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶矽102kg、菜籽多晶矽18kg、碎多晶矽28kg、N型矽芯邊皮30kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.6g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在196-200mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後,對圓棒進行收尾,要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯,共得到方型矽芯112根，每根方矽芯電阻率平均值為2(Γ40Ω.αιι。
[0022]實施例8
選用坩堝Η440，投放原生免洗多晶矽105kg、菜籽多晶矽26kg、碎多晶矽30kg、N型矽芯邊皮36kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.8g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在205-209mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型矽芯,共得到方型矽芯121根，每根方矽芯電阻率平均值為2(Γ40Ω.αιι。
[0023]實施例9
選用23寸坩堝Η440，投放原生免洗多晶矽120kg、菜籽多晶矽30kg、碎多晶矽30kg、N型矽芯邊皮34kg、N型矽芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長直徑控制在216_220mm,生產N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉製成型後，對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80mm或收尾斷面小於50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的長度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線切割,加工成方型娃芯，得到方型娃芯123根,每根方娃芯電阻率平均值為20?40Ω.αιι。
[0024]一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料，選取不同配比的原料，按照投料、拉晶、收尾、截晶、切割的工藝流程進行生產，能夠得到數量較多的電阻率較高的方型矽芯材料，所述的碎多晶為粒徑較小的多晶矽，市場均可購買到。
【權利要求】
1.一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料，其特徵在於:它由下述原料按照一定比例製備:原生免洗多晶矽9(Tl20kg ;菜籽多晶矽5?30kg ;碎多晶矽15?30kg ;母合金1.7?3g。
2.根據權利要求1所述的一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料，其特徵在於:所述母合金為電阻率0.003?0.0055Q*cm的N型母合金。
3.根據權利要求1所述的一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料，其特徵在於:所述母合金為電阻率0.004Q*cm的N型母合金。
4.一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟: (1)投料:生產原生多晶矽用方型矽芯材料首爐投料，選取原料按照權利要求1所述配比混合均勻後，投放進坩堝中，每次投料量為14(T220kg ； (2)拉晶:將所投物料加熱熔融，待熔料穩定溫度2小時後，進行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，生產N型矽芯圓棒；對圓棒進行收尾，要求滿足收尾長度大於80_或收尾斷面小於50mm其中之一； (3)截晶:截掉矽芯圓棒頭尾兩端，使圓棒成為一個均勻的圓柱形，要求截掉頭尾後圓棒的有效長度為2400 ± 2mm或2500 ± 2mm ； (4)切割:將均勻圓柱形矽棒線切割，加工成方型矽芯； (5)生產原生多晶矽用方型矽芯材料第二爐及以後每爐的投料，按照原生免洗多晶矽90?120kg ;菜籽多晶矽5?30kg ;碎多晶矽15?30kg ;N型矽芯邊皮20?36kg ;碎多晶矽15?30kg ;母合金1.7?3g配比混合均勻，投放進坩堝中，每次投料量為14(T220kg，然後重複第2至第4步操作。
5.根據權利要求4所述的一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料的製備方法，其特徵在於，所述N型矽芯邊皮、N型矽芯頭尾料均為首爐生產原生多晶矽用方型矽芯材料所產生的邊角料。
6.根據權利要求4所述的一種生產原生多晶矽用方型矽芯材料的製備方法，其特徵在於:所述拉晶過程中，如果6小時內未進行引晶、放肩工作，則需要測熔料電阻，電阻合格方可繼續進行引晶、放肩工作；若熔料電阻不合格，則需補摻摻雜劑，然後繼續操作。
【文檔編號】C30B28/10GK104264221SQ201410457411
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】林會社 申請人:河南協鑫光伏科技有限公司