CN102877127A - 一种多晶铸锭炉及用其生长多晶硅锭的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，包括：在坩埚内铺设硅料，将坩埚装入所述多晶铸锭炉内；将所述多晶铸锭炉抽真空、检漏，检漏通过后，开始加热；达到规定温度后进入熔化过程，同时向所述多晶铸锭炉充入氩气，直至硅料完全熔化；开始长晶过程，当温度降低到1400-1480℃之间时，将所述多晶铸锭炉的隔热装置按要求向上提升，并控制长晶速度为0-45mm/h之间，通过所述炉体的水冷系统对所述容器进行冷却；当硅液完全凝固后，进入退火过程，降温至400℃以内，硅锭出炉。本发明所述方法提高了多晶硅锭的生产效率，降低了生产成本，提高了硅锭和硅片的平均质量。本发明还提供了一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉。
Description
技术领域
本发明涉及多晶硅锭生产技术领域，特别涉及一种多晶铸锭炉及用其生长多晶硅锭的方法。
背景技术
光伏发电直接利用太阳光照的能量发电，是一种重要的可再生能源。多晶硅铸锭炉是光伏工业的主要生产设备之一。从目前太阳能电池市场环境看，提高太阳能电池的转换效率是太阳能电池行业的主流方向。虽然单晶硅的转化效率远远大于多晶硅，但是单晶硅的成本较高。因此，为了提高太阳能电池的转化效率，太阳能企业不断对多晶铸锭炉系统和多晶硅锭的铸造方法做出改进。一定数量的太阳能级多晶硅料装入石英坩埚之后被放置在多晶硅铸锭炉炉膛的中央，在真空状态和保护气氛之下经过加热、熔化、定向长晶、退火、冷却等过程生长成为定向凝固多晶硅锭。此种硅锭经检测、切割等步骤成为多晶硅片，多晶硅片即可直接用于生产太阳能电池。
现有的铸锭炉最大为G6炉型，炉膛内径为1850mm，所需压缩空气压力在0.4MPa左右，氩气压力在0.3MPa，所需冷却水压差在0.2MPa，水流量约180L/min。G6炉型配有G6热场，只能容纳G6坩埚，装料量在660-800kg。运行周期约80小时，所铸硅锭通过开方机开方，可以开成6*6＝36块156*156mm的子锭。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，能够生产G7多晶硅锭，铸锭大小1152*1152*(200-500)mm，通过开方机开方可以开成7*7＝49块子锭，增加了多晶的成晶率，提高了生产效率，降低了太阳能电池的生产成本。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，其特征在于，包括：
1)在坩埚内铺设硅料，将坩埚装入多晶铸锭炉内；
2)将所述多晶铸锭炉抽真空、检漏，检漏通过后，开始加热；
3)达到规定温度1175-1560℃之间后，进入熔化过程，同时向所述多晶铸锭炉充入氩气，所需氩气压力为0.1-0.8MPa；
4)当硅料完全熔化后，进入长晶过程，长晶温度控制在1400-1480℃之间，并按设定值来提升隔热装置，以此控制长晶速度为0-45mm/h之间，期间通过所述炉体的水冷系统对所述容器进行冷却，所需冷却水压差为0.2-0.3MPa，水流量为140-220L/min；
5)当硅液完全凝固至固体后，进入退火过程，以降低硅锭内部应力，完成退火过程后，进入冷却过程，使硅锭冷却，降温至400℃以内，冷却结束后，硅锭出炉。
优选的是，所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，在多晶硅锭的生长过程中所需的压缩空气压力为0.1-0.7MPa。
优选的是，所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，所述步骤2)中所需的供电电压为360-480V，通过变压器变压至24-28V，给加热装置进行供电。
优选的是，所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，所述步骤4)中冷却水压差为0.25MPa，水流量为180L/min。
基于上述提供的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，本发明还提供了一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，所述的生长多晶硅锭的多晶铸锭炉的隔热装置的侧隔热层与顶隔热层厚度在40-120mm之间，侧隔热层形成方形的保温圈，保温圈大小在1230-1650mm之间，高度在1350-1650mm之间。
优选的是，所述的生长多晶硅锭的多晶铸锭炉的坩埚的横截面为正方形，边长为1100-1300mm，高为420-600mm。
优选的是，所述的多晶铸锭炉的炉膛内径为2000-2500mm。
本发明所提供的技术方案中，在多晶硅锭生产过程中氩气系统、水冷系统和压缩空气系统控制参数的改进以及热场系统中隔热层尺寸的调整，可以有效地控制定向长晶，提高多晶硅锭的平均质量。生长多晶硅锭使用的坩埚横截面为正方形，边长为1192*1192mm，高约480-600mm，得到的铸锭大小1152*1152*(200-500)mm，将此多晶硅锭经切方处理后，可得到7*7＝49块156*156mm的G7多晶硅块。采用本发明所述的方法提高生产效率约36％，生产成本极大的降低，使太阳能发电的成本进一步降低。
附图说明
图1为本发明所述的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法流程示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单的介绍。
本发明提供了一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，提高了生产效率，降低了太阳能电池的生产成本，并在此基础上提高了硅片的平均质量。
本发明实施例提供的一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，包括：
1)在坩埚内铺设硅料，将坩埚装入多晶铸锭炉内；
2)将所述多晶铸锭炉抽真空、检漏，检漏通过后，开始加热；
3)达到规定温度1175-1560℃之间后，进入熔化过程，同时向所述多晶铸锭炉充入氩气，所需氩气压力为0.1-0.8MPa；
4)当硅料完全熔化后，进入长晶过程，长晶温度控制在1400-1480℃之间，并按设定值来提升隔热装置，以此控制长晶速度为0-45mm/h之间，期间通过所述炉体的水冷系统对所述容器进行冷却，所需冷却水压差为0.2-0.3MPa，水流量为140-220L/min；
5)当硅液完全凝固至固体后，进入退火过程，以降低硅锭内部应力，完成退火过程后，进入冷却过程，使硅锭冷却，降温至400℃以内，冷却结束后，硅锭出炉。
所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，在多晶硅锭的生长过程中所需的压缩空气压力为0.1-0.7MPa。
所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，所述步骤2)中所需的供电电压为360-480V，通过变压器变压至24-28V，给加热装置进行供电。
所述用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法中，所述步骤4)中冷却水压差为0.25MPa，水流量为180L/min。
基于上述提供的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，本发明还提供了一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，所述的生长多晶硅锭的多晶铸锭炉的隔热装置的侧隔热层与顶隔热层厚度在40-120mm之间，侧隔热层形成方形的保温圈，保温圈大小在1230-1650mm之间，高度在1350-1650mm之间。
所述的生长多晶硅锭的多晶铸锭炉的坩埚的横截面为正方形，边长为1100-1300mm，高为420-600mm。
所述的多晶铸锭炉的炉膛内径为2000-2500mm。
生长多晶硅锭的整个工艺过程分为装料、抽真空、检漏、加热、熔化、长晶、退火、冷却。装料是在喷有氮化硅涂层的石英坩埚内进行的，本方法中使用的坩埚体积较大，尺寸约为1192*1192*(480-600)，可一次性装料800-1600kg。装料完成后开始抽真空，当压力降到0.8Pa-2Pa时即可检漏，如果设备检漏通过，即可开始按照配方工艺自动运行设备。侧隔热层与顶隔热层厚度设置在40-120mm之间，侧隔热层形成方形的保温圈，保温圈大小设置在1230-1650mm之间，高度设置在1350-1650mm之间，保证了加热时内部热量不会大量外泄，保证了加热的有效性及温场的均匀性。在结晶过程中，在保护气体的保护下，其中氩气压力控制为0.1-0.8MPa，装有熔融硅液的坩埚不动，保温圈缓慢向上移动，坩埚底部的热量通过保温圈与底部的间隙发散出去，进行降温。当硅液温度低于熔点时，在接近坩埚底部处首先凝固，形成许多细小的晶核，并横向生长，当晶核逐渐长大，相互接触连成一片时，再逐渐向上生长，长大，形成柱状晶体，直至所有的硅液都结晶为止。整个生产过程中压缩空气的压力控制在0.1-0.7MPa，用于一些气动阀门的开启和关闭。
上述实施例提供的用以生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，其他部件和结构请参考现有技术，本文不再赘述。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，其特征在于，包括：
1)在坩埚内铺设硅料，将坩埚装入多晶铸锭炉内；
2)将所述多晶铸锭炉抽真空、检漏，检漏通过后，开始加热；
3)达到规定温度1175-1560℃之间后，进入熔化过程，同时向所述多晶铸锭炉充入氩气，所需氩气压力为0.1-0.8MPa；
4)当硅料完全熔化后，进入长晶过程，长晶温度控制在1400-1480℃之间，并按设定值来提升隔热装置，以此控制长晶速度为0-45mm/h之间，期间通过所述炉体的水冷系统对所述容器进行冷却，所需冷却水压差为0.2-0.3MPa，水流量为140-220L/min；
5)当硅液完全凝固至固体后，进入退火过程，以降低硅锭内部应力，完成退火过程后，进入冷却过程，使硅锭冷却，降温至400℃以内，冷却结束后，硅锭出炉。
2.如权利要求1所述的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，其特征在于，在多晶硅锭的生长过程中所需的压缩空气压力为0.1-0.7MPa。
3.如权利要求1所述的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，其特征在于，所述步骤2)中所需的供电电压为360-480V，通过变压器变压至24-28V，给加热装置进行供电。
4.如权利要求1所述的用多晶铸锭炉生长多晶硅锭的方法，其特征在于，所述步骤4)中冷却水压差为0.25MPa，水流量为180L/min。
5.一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，其特征在于，所述的多晶铸锭炉的隔热装置的侧隔热层与顶隔热层厚度在40-120mm之间，侧隔热层形成方形的保温圈，保温圈大小在1230-1650mm之间，高度在1350-1650mm之间。
6.一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，其特征在于，所述的多晶铸锭炉的坩埚的横截面为正方形，边长为1100-1300mm，高为420-600mm。
7.一种生长多晶硅锭的多晶铸锭炉，其特征在于，所述的多晶铸锭炉的炉膛内径为2000-2500mm。
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| CN112853481A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 陈富伦 | 筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置 |
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