CN103014848A - 一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其分为全自动控制系统和手动控制系统两部分，全自动控制系统分为抽真空检漏和自动运行两部分，所述抽真空检漏，通过PLC可编程控制器，依次打开机组和气动阀门，在抽到极限真空后保压来判断是否检漏通过；自动运行是处理元件根据配方中的步骤来给PLC可编程控制器信号使其按部运行，自动运行分为预热阶段、熔化阶段、提纯阶段、长晶阶段、退火阶段和冷却阶段六个阶段。本发明所述控制系统控制方便、功能强大、系统稳定。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能设备制造领域，特别涉及一种专用于多晶硅提纯的多晶硅提纯铸锭炉控制系统。
背景技术
硅是一种非金属元素，呈灰色，有金属色泽，性硬且脆，纯净硅的熔点为1414℃，硅的含量约占地壳质量的26％。它一种非金属元素，是一种半导体材料，可用于制作半导体器件和集成电路，旧称“矽”。多晶硅提纯铸锭炉是一种专门用于硅熔炼的设备，用于对原有的多晶硅切片的边皮和锅底料进一步提纯再生利用，该设备是使用物理法提纯多晶硅，将较低纯度的多晶硅料除杂从而实现太阳能电池片硅锭的制作。
发明内容
为了克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供以下技术方案：
一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其分为全自动控制系统和手动控制系统两部分，全自动控制系统分为抽真空检漏和自动运行两部分，所述抽真空检漏，通过PLC可编程控制器，依次打开机组和气动阀门，在抽到极限真空后保压来判断是否检漏通过；自动运行是处理元件根据配方中的步骤来给PLC可编程控制器信号使其按部运行，自动运行分为预热阶段、熔化阶段、提纯阶段、长晶阶段、退火阶段和冷却阶段六个阶段。
作为本发明的第一种哟选技术方案，所述多晶硅提纯铸锭炉控制系统，由处理元件和PLC可编程控制器来实现的，所述的处理元件即是连接着加热系统、气路系统和各路报警系统，所述PLC可编程控制器控制各种电磁阀、泵的开关量、行程控制量和工控机操作系统；所述加热系统是由中频加热经过热电偶和温控仪来监控中频大小来实现温度控制的；所述气路系统是由油污器和回流板组成，通过电磁阀来控制气动开关，从而实现气动元件的开关；所述报警系统是有漏硅报警、温度报警、氩气量报警、水温报警、水流量报警、气压报警、炉内压力报警和通信错误报警等来实现的。
作为本发明的第二种优选技术方案，所述预热阶段处理单元根据配方来给PLC可编程控制器信号，使隔热门与坩埚到位，在通过对中频功率的逐步调节来达到稳步升温的效果，当温度达到1175℃时进入溶化阶段。
作为本发明的第三种优选技术方案，所述预热阶段处理单元根据配方来给PLC可编程控制器信号，使隔热门与坩埚到位，在通过对中频功率的逐步调节来达到稳步升温的效果，当温度达到1175℃时进入溶化阶段。
作为本发明的第四种优选技术方案，所述溶化阶段处理元件根据配方给PLC可编程控制器信号从而使温度通过热电偶来控制，使温度在规定的时间内达到1560℃；提纯阶段处理元件根据配方给PLC可编程控制器信号从而使温度维持在1500℃以上，进行提纯。
作为本发明的第五种优选技术方案，所述长晶阶段处理元件接收热电偶的信号，从而给PLC可编程控制器信号，对温度进行精确的控制，同时可编程控制器下降坩埚和隔热门，从而达到下部有一个相对冷区，从而达到结晶的目的。
作为本发明的第六种优选技术方案，所述退火阶段通过PLC可编程控制器使隔热门与坩埚回到零位，在通过处理元件使硅锭上下温度保持均匀，消除硅锭内部应力。
作为本发明的第七种优选技术方案，所述冷却阶段通过处理元件使加热功率下降，最大能力内消除残余应力，通过PLC可编程控制器打开质量流量控制器和真空挡板阀充入氩气加速冷却。
作为本发明的第八种优选技术方案，所述手动操作是全自动系统的辅助和修复。
本发明带来的有益效果是：控制方便、功能强大、系统稳定。
附图说明
图1为本发明所述控制系统的流程图
具体实施方式
下面对结合附图对本发明的较佳实施例作详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。
如图1所示的叶子红多晶硅提纯铸锭炉控制系统，该控制系统是由处理元件和PLC可编程控制系统组成；处理元件处理各部分的数据，给PLC可编程控制系统信号，进行开关量的控制。
装料是在无尘的车间内，操作人员小心的把纯净的硅料装在喷有氮化硅涂层得坩埚内，一般坩埚的四周和底部要用碎料或者表面光滑的片料，来保护石英坩埚表面的涂层，装料应遵循大块料中间碎料片料四边和底面。然后用手慢慢铺平或者摆好，以防止涂层被破坏。
装料结束后须对炉子进行检查，包括工艺配方，主参数、溢流线、隔热层与加热器绝缘性、泵组检查以及循环水和气源的检查。检查完后把下炉体关致零位。
抽真空检漏，先由微抽管路按正常程序进行抽真空，当真空度达到20mbar时，再启动大流量抽气阀进行抽真空(这样可以减少粉尘的飞扬损耗和污染腔体和机组)并启动罗茨泵，当极限真空抽到0.008mbar时即可进行真空检漏，检漏时会自动关闭所有阀门保压，机组处在开启状态，300S后，如真空度高于0.015mbar时检漏通过，反之检漏未通过。
自动运行，在捡漏通过的情况下，点击模式界面中的“自动运行”按钮，设备即进入自动运行状态。
自动运行要经过预热阶段、熔化阶段、提纯阶段、长晶阶段、退火阶段和冷却阶段六个阶段。各个阶段的运行工艺配方可依据工艺的要求在配方中设定。
各阶段说明如下：
加热阶段，加热阶段是在功率控制模式下进行的，通过功率输出的逐渐增大从而提升温度，当温度达到1175℃时即进入温度控制模式也就是熔化的第一步。
熔化阶段，熔化阶段是整个炉子温度最高的阶段，在这个阶段最高温度达到了1560℃，为的就是使硅料全部熔化，该过程大概需要10多个小时。熔化阶段会出现熔化结束报警，告诉操作人员熔化结束，操作人员一方面可观察T1温度和T2温度，确认是否熔化。也可以到炉顶观察孔观察是否熔化结束，当看到硅液呈规则的圆形形状，没有很大的晃动，说明熔化结束。
提纯阶段，提纯阶段是在高温和高真空状态下保温的过程，在这过程中一般温度要保持在1500℃以上，真空度能达到0.00067mbar以上，具体的时间要根据我们的材料的杂质含量来确定。
长晶阶段，硅料提纯结束后，降低加热功率，使石英坩埚的温度降至1440℃以下，然后逐步下降坩埚和打开隔热门，与周围形成热交换，使熔体的温度自底部开始降低，晶体硅首先在底部形成，并呈柱状向上生长，直至晶体生长结束，该过程大概需要20几个小时左右。长晶阶段会有长晶报警提醒操作工确认长晶结束。
退火阶段，晶体生长完成后，由于底部和上部存在较大的温度梯度，硅锭中可能存在热应力或者如果直接进入冷却会造成裂痕，所以晶体生长完成后，晶体保持在熔点左右2到3小时，使其温度均匀，减少内部应力。
冷却阶段，硅锭在炉内退火后，通过慢慢减小功率，打开隔热门，通入氩气，同时在第三步，腔室压力逐渐上升，当温度降到300℃以下时即可出炉。
紧急冷却，紧急冷却是为了应对一些故障时编制的工艺，当炉子出现硅液溢流等紧急情况时
为了人身安全，我们可以手动进入急冷程序，此时加热器断开，功率为零，使硅锭快速凝固。确保设备及人身安全。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式之一，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，其分为全自动控制系统和手动控制系统两部分，全自动控制系统分为抽真空检漏和自动运行两部分，所述抽真空检漏，通过PLC可编程控制器，依次打开机组和气动阀门，在抽到极限真空后保压来判断是否检漏通过；自动运行是处理元件根据配方中的步骤来给PLC可编程控制器信号使其按部运行，自动运行分为预热阶段、熔化阶段、提纯阶段、长晶阶段、退火阶段和冷却阶段六个阶段。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述多晶硅提纯铸锭炉控制系统，由处理元件和PLC可编程控制器来实现的，所述的处理元件即是连接着加热系统、气路系统和各路报警系统，所述PLC可编程控制器控制各种电磁阀、泵的开关量、行程控制量和工控机操作系统；所述加热系统是由中频加热经过热电偶和温控仪来监控中频大小来实现温度控制的；所述气路系统是由油污器和回流板组成，通过电磁阀来控制气动开关，从而实现气动元件的开关；所述报警系统是有漏硅报警、温度报警、氩气量报警、水温报警、水流量报警、气压报警、炉内压力报警和通信错误报警等来实现的。
3.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述预热阶段处理单元根据配方来给PLC可编程控制器信号，使隔热门与坩埚到位，在通过对中频功率的逐步调节来达到稳步升温的效果，当温度达到1175℃时进入溶化阶段。
4.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述预热阶段处理单元根据配方来给PLC可编程控制器信号，使隔热门与坩埚到位，在通过对中频功率的逐步调节来达到稳步升温的效果，当温度达到1175℃时进入溶化阶段。
5.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述溶化阶段处理元件根据配方给PLC可编程控制器信号从而使温度通过热电偶来控制，使温度在规定的时间内达到1560℃；提纯阶段处理元件根据配方给PLC可编程控制器信号从而使温度维持在1500℃以上，进行提纯。
6.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述长晶阶段处理元件接收热电偶的信号，从而给PLC可编程控制器信号，对温度进行精确的控制，同时可编程控制器下降坩埚和隔热门，从而达到下部有一个相对冷区，从而达到结晶的目的。
7.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述退火阶段通过PLC可编程控制器使隔热门与坩埚回到零位，在通过处理元件使硅锭上下温度保持均匀，消除硅锭内部应力。
8.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述冷却阶段通过处理元件使加热功率下降，最大能力内消除残余应力，通过PLC可编程控制器打开质量流量控制器和真空挡板阀充入氩气加速冷却。
9.根据权利要求1所述的一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统，其特征在于，所述手动操作是全自动系统的辅助和修复。
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| CN 201110283170 CN103014848A (zh) | 2011-09-22 | 2011-09-22 | 一种多晶硅提纯铸锭炉控制系统 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103603039A (zh) * | 2013-12-02 | 2014-02-26 | 天津英利新能源有限公司 | 一种多晶硅锭下脚料的提纯方法 |
| CN103981571A (zh) * | 2014-05-28 | 2014-08-13 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种检测多晶铸锭炉设备气密性的方法 |
| CN104947196A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-09-30 | 福州恒光光电有限公司 | 一种yvo4晶体生长的退火方法 |
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2011
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| CN103603039B (zh) * | 2013-12-02 | 2015-09-30 | 天津英利新能源有限公司 | 一种多晶硅锭下脚料的提纯方法 |
| CN103981571A (zh) * | 2014-05-28 | 2014-08-13 | 英利能源（中国）有限公司 | 一种检测多晶铸锭炉设备气密性的方法 |
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