一種鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制系統及其控制方法與流程
2023-06-26 03:10:31
本發明涉及一種鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制系統及其控制方法。
背景技術：
隨著經濟的發展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題。現有電力能源的來源主要有火電、水電和核電三種，但這三種能源都不同程度對我們賴以生存的環境造成影響，並存在各種安裝隱患。而太陽能是人類取之不盡用之不歇的可再生能源，也是清潔能源，它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少汙染的時代。晶矽太陽能光伏發電是目前發展最快，最具活力和開發研究潛力的利用領域，而晶矽電池材料製造工藝中，最主要的方式是以多晶鑄錠為主。該方法是將多晶矽料通過在鑄錠爐裡面高溫加熱熔化，再通過工藝方法定向長晶最後製成所需要的成品多晶矽錠。
現有鑄錠技術普通採用一個可控矽系統和一個配電櫃系統控制整個五面加熱，現有鑄錠技術周期較長，鑄錠能耗較高，而且難於達到晶體不同階段對頂部和側部功率的不同需求，使晶體熔化界面不平，晶粒生長不能垂直於坩堝底面，影響晶體成型質量。
技術實現要素：
本發明其目的就在於提供一種鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制系統及其控制方法，解決了現有普通鑄錠技術採用一個可控矽系統和一個配電櫃系統控制整個五面加熱，其鑄錠技術周期較長，鑄錠能耗較高，而且難於達到晶體不同階段對頂部和側部功率的不同需求，使晶體熔化界面不平，晶粒生長不能垂直於坩堝底面，影響晶體成型質量的問題。
實現上述目的而採取的技術方案，一種鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制系統，包括人機界面、配電櫃，所述人機界面連接工控機，工控機連接控制櫃，所述控制櫃內設有控制模塊，控制模塊連接可控矽，所述可控矽一路經頂部信號線連接頂部控制可控矽，可控矽另一路經側部信號線連接有側部控制可控矽，所述側部信號線和頂部信號線均連接至配電櫃，配電櫃通過兩個相併聯的變壓器連接外部供電器，所述頂部控制可控矽和側部控制可控矽均包括有三個經水纜電纜連接的加熱電極。
一種鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制方法，所述鑄錠多晶矽頂側分開控制的加熱控制方法輔材選用G5石英坩堝，裝料重量500-600kg送入鑄錠爐內，抽真空後運行鑄錠工藝，加熱5-8小時運行至1500攝氏度後由功率控制模式轉換成溫度控制模式；熔化階段隔熱籠由零位逐步打開到4-8cm,頂部功率比值由50%逐步增加到80%，坩堝內溫度為1380-1450攝氏度，坩堝底部溫度900-1200攝氏度，實現晶體定向生長。
有益效果
與現有技術相比本發明具有以下優點。
1.能夠縮短多晶矽的熔化時間，減少長晶和退火階段上下溫度梯度，從而達到縮短整體鑄錠周期的目的；
2.可以實現鑄錠頂側分開控制，在熔化階段加大頂部功率分配，相應減少側部功率分配，最大限度讓矽料從上往下熔化，熱量從坩堝上部由高到低傳遞，避免熱量散失，從而增加矽料的熱吸收能力，提升單位時間矽料熔化速率；
3.可以自由分配頂部和側部功率大小，可根據晶粒生長方向調整頂部功率比大小，實現晶粒從坩堝底部的垂直生長，降低晶體生長缺陷和位錯，提升晶體生長整體質量；
4.能夠有效保護籽晶，通過對熔化階段逐步減少側部功率的方式，降低坩堝側壁溫度，有效減少中心與四邊籽晶的高度差值；
5.可以提升晶錠成品率，籽晶高度可以最大限度降低，減少底部紅區對晶錠的影響，從而有效提升晶錠成品率；
6.不影響晶錠側部紅區長度，降低了生產成本。
附圖說明
下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
本系統包括人機界面1、配電櫃10，所述人機界面1連接工控機2，工控機2連接控制櫃3，如圖1所示，所述控制櫃3內設有控制模塊4，控制模塊4連接可控矽5，所述可控矽5一路經頂部信號線6連接頂部控制可控矽8，可控矽5另一路經側部信號線7連接有側部控制可控矽9，所述側部信號線7和頂部信號線6均連接至配電櫃10，配電櫃10通過兩個相併聯的變壓器11連接外部供電器12，所述頂部控制可控矽8和側部控制可控矽9均包括有三個經水纜電纜13連接的加熱電極14。
所述工控機2與可控矽5通過網線聯網對接，達到可控矽5能夠控制各個模塊並且各模塊之間能夠實現單獨計算，從而實現各個工藝參數的監控。
鑄造多晶矽頂側分開控制的加熱控制方法，所述鑄錠多晶矽頂側分開控制的加熱控制方法輔材選用G5石英坩堝，裝料重量500-600kg送入鑄錠爐內，抽真空後運行鑄錠工藝，加熱5-8小時運行至1500攝氏度後由功率控制模式轉換成溫度控制模式；熔化階段隔熱籠由零位逐步打開到4-8cm,頂部功率比值由50%逐步增加到80%，坩堝內溫度為1380-1450攝氏度，坩堝底部溫度900-1200攝氏度，實現晶體定向生長。
在原有可控矽系統分拆一線，另接一個頂部控制可控矽8，兩個可控矽之間實現串聯工作，用於控制整個鑄錠爐的功率、壓力參數。
將六個加熱電極14中的三個電極控制頂部，分拆頂部加熱電極14的水纜電纜13於頂部三個電極，將頂部信號線6接於頂部控制可控矽8中；六個加熱電極14的另外三個電極控制側部，分拆側部加熱電極的水纜電纜於側部三個電極，將側部信號線7接於側部控制可控矽9中；頂部與側部通過可控矽的工藝參數等比例分配功率，可控矽還可以對所分配的功率轉換為溫度控制模式對鑄錠爐進行功率與溫度控制，實現鑄錠爐配方所需要的粗控或精控。
安裝控制櫃3的控制模塊4，與連接配電櫃10的頂部信號線6一起接入可控矽；加載工控機2與可控矽通過網線聯網對接，可控矽控制各個模塊且模塊之間能夠實現單獨計算，從而實現各個工藝參數的監控。
本發明實施例中提供的鑄錠多晶矽頂側分開控制的加熱控制方法輔材選用G5石英坩堝，裝料重量580kg送入鑄錠爐內，抽真空後運行鑄錠工藝，加熱5-8小時運行至1500攝氏度由功率控制模式轉換成溫度控制模式；熔化階段隔熱籠由零位逐步打開到4-8cm,頂部功率比值由50%逐步增加到80%，坩堝內溫度為1380-1450攝氏度，坩堝底部溫度900-1200攝氏度，實現晶體定向生長，多晶矽的運行時間比普通爐臺工藝縮短2到4小時，單位能耗降低0.4到0.8kwh/kg,獲得的多晶矽經開方檢測環節，成品率提升1-1.5%，降低了約6-10%的生產成本。採用頂部功率與側部功率等比例分開控制，熔化階段加大頂部功率比值，有效保護半熔工藝籽晶，長晶可分階段控制，最大程度實現晶體吸熱與放熱的能量均衡，滿足晶錠各階段點位的功率需求，從而達到優化晶錠質量的目的。