一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備的製作方法

2023-04-30 01:57:41 1

專利名稱：一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於冶金提純技術領域，特別涉及一種反向誘導凝固提純的設備。
技術背景 目前，我國已成為世界能源生產和消費大國，但人均能源消費水平還很低。隨著經濟和社會的不斷發展，我國能源需求將持續增長，針對目前的能源緊張狀況，世界各國都在進行深刻的思考，並努力提高能源利用效率，促進可再生能源的開發和應用，減少對進口石油的依賴，加強能源安全。作為可再生能源的重要發展方向之一的太陽能光伏發電近年來發展迅猛，其所佔比重越來越大。據初步統計，我國2010年新增併網光伏發電裝機53萬kW，累計裝機達到83萬kW，其中地面大型併網光伏發電累計裝機70萬kW，建築一體化併網光伏發電裝機約13萬kW。全球光伏發電市場2010年新增裝機預計同比增加超過120%，達到1700萬kW以上，帶動我國太陽能光伏產業規模迅速擴大。太陽能光伏產業的發展依賴於對矽原料的提純。在對矽原料進行提純的過程中，存在一個關鍵的、必不可少的環節，就是對矽原料進行定向凝固提純，所用到的定向凝固技術廣泛應用於冶金提純領域。利用矽原料中矽與雜質之間的分凝係數存在較大差異的這一特點，在凝固過程中，坩堝底端的矽液首先開始凝固，為達到分凝平衡，分凝係數小的雜質從凝固的矽中向液態不斷擴散分離出來而聚集在液態，隨著凝固不斷進行，雜質在液態中的濃度越來越高，最後在鑄錠的頂端凝固下來，凝固完成後在較高溫度下保溫一段時間，使各成分充分擴散以達到分凝平衡，最後將雜質含量較高的一端去除，得到提純的多晶矽鑄錠。然而鑄錠在保溫的過程中，那些含量高的雜質會向雜質含量低的部位擴散，使得矽純度隨著保溫時間的延長反而逐漸降低，這影響了提純效果，且在這種情況下，切除的尾部廢料高達25% 35%，即成品率僅為65-75%，造成能源和原料的極大浪費，也因此增加了製造成本。

實用新型內容本實用新型為克服以上不足，提供了一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，該設備結構簡單，易於操作，有效實現反向誘導凝固提純的目的，使用該設備進行提純時，矽粉作為形核劑，將雜質固定在鑄錠的尾端，抑制雜質的反向擴散，提高了純度，且可以將所需切除的尾料降低到59Γ20%，大大節約了能量和生產成本。為實現上述目的所採用的技術方案是一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，由爐蓋、爐體以及支撐基座組成外部結構，其特徵是水冷旋轉杆穿過爐體底部與水冷託盤固定連接，散熱板固定安裝於水冷託盤之上，凝固保溫裝置放置於散熱板之上，保溫套筒套於凝固保溫裝置外圍，保溫套筒通過固定支架固定安裝於爐體內壁，感應線圈套於保溫套筒之外，落粉裝置通過支撐架固定於爐體內部，且位於凝固保溫裝置正上方，機械泵和羅茨泵放置於爐體之外，通過真空管道連接，真空管道一端通向爐體內部。所述水冷旋轉杆為圓柱狀，內置冷卻水管道。所述水冷託盤為圓盤狀，內置冷卻水管道。所述散熱板為圓盤狀銅散熱板。所述凝固保溫裝置至少由石英坩堝和石墨坩堝組成，採用石墨坩堝放置於散熱板之上，石英坩堝嵌於石墨坩堝之內。所述保溫套筒為兩端無蓋的圓筒狀碳纖維保溫套筒。本實用新型的顯著效果是在凝固尾聲階段，利用落料裝置將矽粉均勻散落到矽熔體表面，矽粉作為形核劑使雜質含量較高的上層矽熔體迅速凝固，有效抑制了上層矽熔體中含量較高的雜質在保溫過程中向已凝固的低濃度區域擴散，達到了反向誘導凝固提純多晶矽的目的，具有提純效果好，操作簡單，可控性強的優點。

圖I. 一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備結構示意圖圖中，I、爐蓋，2、落粉裝置，3、支撐架，4、爐體，5、石英坩堝，6、石墨坩堝，7、保溫套筒，8、感應線圈，9、固定支架，10、散熱板，11、支撐基座，12、水冷託盤，13、水冷旋轉杆，14、機械泵，15、羅茨泵，16、真空管道。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖詳細說明本發明，但本發明並不局限於具體實施例。實施例I如圖I所示的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，由爐蓋I、爐體4以及支撐基座11組成外部結構，水冷旋轉杆13穿過爐體4底部與水冷託盤12固定連接，水冷旋轉杆13的目的是在提純過程中起到帶動坩堝轉動，使落粉均勻灑落在熔體表面，同時使坩堝以一定速率向下運動，進行拉錠，水冷託盤12起到散熱和支撐的作用，散熱板10固定安裝於水冷託盤12上方，其主要目的是加快坩堝底部的散熱，使坩堝頂部到底部之間形成一個溫度梯度，便於坩堝底部熔體的凝固，形成鑄錠，凝固保溫裝置放置於散熱板10之上，凝固保溫裝置至少由石英坩堝5和石墨坩堝6組成，採用石墨坩堝6放置於散熱板10之上，石英坩堝5嵌於石墨坩堝6之內，是進行凝固提純的核心部件，固定支架9和保溫套筒7垂直固定在一起，並固定安裝於爐體內部，感應線圈8套於保溫套筒7外圍，對矽原料提供熱量使其熔化、保溫，落粉裝置2放置在坩堝上方，通過支撐架3固定於爐體4內部，落粉裝置用於向熔體表面提供高純矽粉，高純矽粉作為形核劑，使表面雜質含量較高的矽熔體迅速凝固，起到反向誘導凝固提純的作用，機械泵14和羅茨泵15放置於爐體4之外，通過真空管道16連接，真空管道16—端通向爐體4內部，用於對爐體內部進行抽真空，使凝固提純在高真空下進行。實施例2採用實施例I所述的設備來進行反向誘導凝固提純多晶矽，首先採用感應線圈8將石英坩堝5中的矽料加熱至1500°C使之熔化形成矽熔體，之後將感應線圈8的功率調小，啟動水冷旋轉杆13向下運動進行拉錠，使矽熔體由石英坩堝5底部向頂部進行凝固，當凝固達到85%時，通過水冷旋轉杆13旋轉石英坩堝5，同時開啟落粉裝置2，使高純矽粉散落到雜質含量較高的上層矽熔體中，高純矽粉作為形核劑使上層矽熔體迅速反向凝固，待凝固完成後切去上層反向凝固得到的部分，得到的下層鑄錠即為高純矽鑄錠。上述一種反向誘導凝固提純多晶矽的方法，所採用的具體步驟是第一步前處理向石英坩堝5中添加石英坩堝 體積95%的純度為99. 93%矽原料，向落粉裝置2中裝入純度為99. 9994%高純矽粉蓋好爐蓋1，保持爐體2內的密封性，分別用機械泵14和羅茨泵15將爐體內抽真空至5Pa ；第二步熔料、拉錠打開電源，啟動感應線圈8，將矽料加熱至1500°C，使矽料完全熔化，並在1500°C下保溫60min，同時控制熔體內溫差，之後開啟水冷旋轉杆13，使之以
O.Wmin的速度向下運動，帶動凝固保溫裝置以同樣速率下降拉錠，使矽熔體由石英坩堝5底部向頂部進行定向凝固；第三步反向凝固提純當娃熔體凝固達到85%時,通過水冷旋轉杆13旋轉石英i甘堝5，同時開啟落粉裝置2，高純矽粉落進熔體內，同時通過水冷旋轉杆13旋轉石英坩堝5，高純矽粉隨著石英坩堝5的轉動而均勻分布在熔體表面，隨著溫度的進一步降低，加入的高純矽粉作為形核劑，使雜質含量較高的矽熔體迅速反向凝固，待凝固完成後切去上層反向凝固得到的部分，得到的下層鑄錠即為高純矽鑄錠，其純度將達到99. 995%，成品率達到90%。
權利要求1.一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，由爐蓋(I)、爐體(4)以及支撐基座(11)組成外部結構，其特徵是水冷旋轉杆(13)穿過爐體(4)底部與水冷託盤(12)固定連接，散熱板(10)固定安裝於水冷託盤(12)之上，凝固保溫裝置放置於散熱板(10)之上，保溫套筒(7)套於凝固保溫裝置外圍，保溫套筒(7)通過固定支架(9)固定安裝於爐體(4)內壁，感應線圈(8)套於保溫套筒(7)之外，落粉裝置(2)通過支撐架(3)固定於爐體(4)內部，且位於凝固保溫裝置正上方，機械泵(14)和羅茨泵(15)放置於爐體(4)之外，通過真空管道(16)連接，真空管道(16)—端通向爐體(4)內部。
2.根據權利要求I所述的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，其特徵是所述水冷旋轉杆(13)為圓柱狀，內置冷卻水管道。
3.根據權利要求I所述的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，其特徵是所述水冷託盤(12)為圓盤狀，內置冷卻水管道。
4.根據權利要求I所述的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，其特徵是所述散熱 板(10)為圓盤狀銅散熱板。
5.根據權利要求I所述的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，其特徵是所述凝固保溫裝置至少由石英坩堝(5)和石墨坩堝(6)組成，採用石墨坩堝(6)放置於散熱板(10)之上，石英坩堝(5 )嵌於石墨坩堝(6 )之內。
6.根據權利要求I所述的一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備，其特徵是所述保溫套筒(7)為兩端無蓋的圓筒狀碳纖維保溫套筒。
專利摘要本實用新型屬於冶金提純技術領域，特別涉及一種反向誘導凝固提純多晶矽的設備。該設備中，水冷旋轉杆穿過爐體底部與水冷託盤固定連接，散熱板固定安裝於水冷託盤之上，凝固保溫裝置放置於散熱板之上，保溫套筒套於凝固保溫裝置外圍，保溫套筒通過固定支架固定安裝於爐體內壁，感應線圈套於保溫套筒之外，落粉裝置通過支撐架固定於爐體內部，且位於凝固保溫裝置正上方。本實用新型的顯著效果是在凝固尾聲階段，利用落料裝置將矽粉均勻散落到矽熔體表面，矽粉作為形核劑使雜質含量較高的上層矽熔體迅速凝固，達到了反向誘導凝固提純多晶矽的目的，具有提純效果好，操作簡單，可控性強的優點。
文檔編號C01B33/037GK202785671SQ20122049215
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者譚毅, 姜大川, 鄒瑞洵 申請人:青島隆盛晶矽科技有限公司