CN103205797B - 多晶硅铸锭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种高效多晶硅铸锭方法，属于光伏技术领域。解决了现有的多晶硅铸锭方法生产效率低的技术问题。该高效多晶硅铸锭方法，包括投料、抽空检漏、加热、熔化、长晶、退火冷却；其中加热步骤中，先以真空模式与进气控制升至200mbar气体模式交替的方式，将加热功率由0Kw逐步升至140Kw，再将功率保持在140Kw，利用进气控制使炉室内压力逐步升至600mbar，最后利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar，温度升至1520℃以上；之后进行熔化、长晶、快速退火、冷却。本发明应用于改进多晶硅铸锭的生产效率。

Description

多晶硅铸锭方法
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭方法。
背景技术
利用硅材料制成太阳能电池组件，需要经过一系列复杂的加工工艺过程，，其中多晶硅锭的生长是多晶硅电池片生产中非常重要的一个环节。从多晶硅料投入铸锭炉内至多晶硅锭生长完毕出炉，其中的生产步骤包括抽空检漏、加热、融化、长晶、退火冷却几大步骤。
目前，多晶硅铸锭工艺的加热步骤均是在真空模式下分4、5个阶段，利用功率控制升温至1175℃，然后进入熔化步骤；进入熔化步骤后，先在1175℃保温一段时间，然后将炉室内压力逐步升至600mbar同时升温至1540℃，将硅料完全熔化，熔化稳定后再降温至1445℃左右为长晶步骤做准备；稳定后进入长晶步骤开始晶体生长。
本发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下问题：目前多晶硅铸锭炉的主流设备，单炉装料量为450至520kg，单炉多晶硅铸锭周期平均为64小时，硅锭的生长速率为7.81kg/h，生产效率较低。
发明内容
本发明实施例提供了一种多晶硅铸锭方法，缩短了多晶硅铸锭的周期，从而提高了硅锭的生产效率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
该多晶硅铸锭方法，包括：
投料：将多晶硅料装入坩埚中；
抽空检漏：将装有多晶硅料的坩埚投入铸锭炉内，合炉后进行抽真空检漏；
加热：检漏通过后开始通电加热，先以真空模式与进气控制升至200mbar气体模式交替的方式，将加热功率由0Kw逐步升至140Kw，再将功率保持在140Kw，利用进气控制使炉室内压力逐步升至600mbar，最后利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar，温度升至1520℃以上；
熔化：在600mbar气体模式下，先将温度保持在1520℃以上，使多晶硅料稳定熔化，硅原料全部熔化后，将温度逐步降低至1450℃以下并保持温度的稳定；
长晶：在600mbar气体模式下，将温度逐步降低至1400℃-1410℃之间，同时将隔热笼逐步开启至15cm-25cm之间，使硅晶体以一定速度定向生长；
退火：在一定时间内，将隔热笼闭合，同时将温度降低至1400℃以下并在此温度保温一段时间，以消除硅锭内部热应力；
冷却:逐步打开隔热笼,将硅锭冷却至400℃以下，出炉。
与现有技术相比，本发明所提供的上述技术方案具有如下优点：
在加热步骤中，通过真空与气体模式的交替运行，能够及时将炉内原料升温过程中排出的杂质及污染物去除，同时快速提高功率，达到缩短炉内硅料升温时间的目的，省去了现有技术中单独设置保温除尘时间的过程，并且使熔化步骤开始时，压力就已经达到了600mbar，温度达到多晶硅料熔化温度，因此缩短了多晶硅铸锭的周期，从而提高了硅锭的生产效率。
附图说明
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使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例所提供的多晶硅铸锭方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例所提供的多晶硅铸锭方法，包括
S1、投料：将多晶硅料装入坩埚中。
具体的，将重量为480kg的符合要求的多晶硅料装入870×870×480mm的方坩埚中。
S2、抽空检漏：将装有多晶硅料的坩埚投入铸锭炉内，合炉后进行抽真空检漏。通过抽真空使铸锭炉内达到真空度要求并进行检漏，使单位时间泄漏率达到检漏标准。
S3、加热：检漏通过后开始通电加热，加热共分为11个阶段，均采用功率控制。
前8个阶段，以真空模式与进气控制升至200mbar气体模式交替的方式，将加热功率由0Kw逐步升至140Kw(165Kw×85％)。
第9、10阶段，将功率保持在140Kw，同时利用进气控制使炉室内压力逐步升至600mbar。
第11阶段，将炉室内温度升至1520℃以上，优选为1540℃，同时利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar。温度升至1540℃时，即可转入熔化步骤。
S4、熔化：熔化共分为8个阶段，均在600mbar气体模式下采用温度控制。
前4个阶段，将温度保持在1540℃，使多晶硅料稳定熔化。
后4个阶段，硅原料全部熔化后，利用温度控制将温度逐步降低至1450℃以下，优选为1440℃，并在此温度下保持稳定。
S5、长晶：长晶共分为8个阶段，均在600mbar气体模式下采用温度控制。
先将温度在熔化结束的1440℃维持一段时间，再以一定的梯度，将温度逐步降低至1400℃-1410℃之间，优选为1410℃，同时将隔热笼以一定的梯度逐步开启至15cm-25cm之间，优选为20cm，使硅晶体以一定速度定向生长。
S6、退火：在一定时间内，将隔热笼闭合，同时将温度降低至1400℃以下并在此温度保温一段时间，以消除硅锭内部热应力。
作为一个优选方案，将隔热笼闭合的同时，将温度低至1370℃并在此温度保温一段时间，且该保温时间在3小时以内。
S7、冷却：逐步打开隔热笼，将硅锭冷却至400℃以下，出炉。
按如上步骤，对480kg多晶硅料进行加热、熔化、长晶、退火，至冷却至400℃出炉，总共用时54小时，硅锭产出率为8.89kg/h。
本发明实施例提供的多晶硅铸锭方法，在加热步骤中，通过真空与气体模式的交替运行，能够及时将炉内原料升温过程中排出的杂质及污染物去除，同时快速提高功率，达到缩短炉内硅料升温时间的目的，省去了现有技术中单独设置保温除尘时间的过程，并且使熔化步骤开始时，压力就已经达到了600mbar，温度达到多晶硅料熔化温度，因此缩短了多晶硅铸锭的周期，从而提高了硅锭的生产效率。
除此之外，在退火步骤中，采用快速闭合隔热笼同时降温的方式，缩短保温时间，以温度控制与功率控制相结合的方式，缩短了整体退火时间，从而进一步提高了硅锭的生产效率，同时降低了坩埚内杂质在此温度区间向硅锭内扩散的机率，提高了硅锭的产品质量。
实施例2：
本实施例与实施例1基本相同，其不同点在于：本实施例中，投入坩埚的多晶硅料为520kg，按照同样的步骤进行加热、熔化、长晶、退火，至冷却至400℃出炉，总共用时55小时，硅锭产出率为9.45kg/h。
本发明实施例提供的多晶硅铸锭方法，改善了单炉500kg以上的多晶硅铸锭效率，平均铸锭周期可达到56小时，相比于现有技术减少了8小时左右，多晶硅平均产出率为8.93kg/h，硅锭的产出率提高了14.3％以上，每月产量可增加约1000kg，因此极大的提高了硅锭的生产效率。
本发明提供的多晶硅铸锭方法，还可以应用于1050×1050×480mm的方坩埚，装入660至800kg的多晶硅料，具体实施方式与上述实施例基本相同，不再赘述，也能够显著提高硅锭的生产效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种多晶硅铸锭方法，其特征在于，包括：
投料：将多晶硅料装入坩埚中；
抽空检漏：将装有多晶硅料的坩埚投入铸锭炉内，合炉后进行抽真空检漏；
加热：检漏通过后开始通电加热，先以真空模式与进气控制升至200mbar气体模式交替的方式，将加热功率由0Kw逐步升至140Kw，再将功率保持在140Kw，利用进气控制使炉室内压力逐步升至600mbar，最后利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar，温度升至1520℃以上；
熔化：在600mbar气体模式下，先将温度保持在1520℃以上，使多晶硅料稳定熔化，硅原料全部熔化后，将温度逐步降低至1450℃以下并保持温度的稳定；
长晶：在600mbar气体模式下，将温度逐步降低至1400℃-1410℃之间，同时将隔热笼逐步开启至15cm-25cm之间，使硅晶体以一定速度定向生长；
退火：在一定时间内，将隔热笼闭合，同时将温度降低至1400℃以下并在此温度保温一段时间，以消除硅锭内部热应力；
冷却:逐步打开隔热笼,将硅锭冷却至400℃以下，出炉。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述退火步骤中，所述将温度降低至1400℃以下并在此温度保温一段时间，具体为：
将温度降低至1370℃并在此温度保温一段时间，该保温时间在3小时以内。
3.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述投料步骤具体为：将重量为480至520kg的多晶硅料装入870×870×480mm的方坩埚中。
4.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述投料步骤具体为：将重量为660至800kg的多晶硅料装入1050×1050×480mm的方坩埚中。
5.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述加热步骤中，所述利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar，温度升至1520℃以上，具体为：
利用出气控制将炉室内压力保持在600mbar，温度升至1540℃。
6.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述熔化步骤中，所述将温度逐步降低至1450℃以下，具体为：
将温度逐步降低至1440℃。
7.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述长晶步骤中，所述将温度逐步降低至1400℃-1410℃之间，具体为：
将温度逐步降低至1410℃。
8.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭方法，其特征在于：所述长晶步骤中，所述将隔热笼逐步开启至15cm-25cm之间，具体为：
将隔热笼逐步开启至20cm。
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