CN103541002A - 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺 - Google Patents

应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN103541002A
CN103541002A CN201310470522.3A CN201310470522A CN103541002A CN 103541002 A CN103541002 A CN 103541002A CN 201310470522 A CN201310470522 A CN 201310470522A CN 103541002 A CN103541002 A CN 103541002A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polycrystalline silicon
ingot casting
silicon ingot
adaptive control
power supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310470522.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103541002B (zh
Inventor
姜召
王峰
谭毅
李鹏廷
刘东雷
熊华江
姜大川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Changsheng Electric Design Institute Co. Ltd.
Original Assignee
Qingdao Longsheng Crystal Silicon Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Longsheng Crystal Silicon Technology Co Ltd filed Critical Qingdao Longsheng Crystal Silicon Technology Co Ltd
Priority to CN201310470522.3A priority Critical patent/CN103541002B/zh
Publication of CN103541002A publication Critical patent/CN103541002A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103541002B publication Critical patent/CN103541002B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明属于多晶硅铸锭工艺，具体涉及一种应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，在铸锭工艺的各个环节中自主分配顶部热场变压器功率P1与侧面热场变压器功率P2，实现功率分配不再是固定值，不再恒定不变，从而提高多晶硅铸锭效率。本发明的优点在于：（1）通过对长晶过程中温度梯度的精确控制来提高长晶质量，从而使多晶硅铸锭加工生成的电池片的光电转换效率提高0.1%以上，而目前工艺最高仅有17.6%；（2）通过对温度的精确控制和能源的合理分配，减少不必要的能源损耗，使耗电量降低10%。

Description

应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺
技术领域
本发明属于多晶硅铸锭工艺，具体涉及一种应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺。
背景技术
目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长，针对目前的能源紧张状况，世界各国都在进行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促进可再生能源的开发和应用，减少对进口石油的依赖，加强能源安全。
作为可再生能源的重要发展方向之一的太阳能光伏发电近年来发展迅猛，其所占比重越来越大。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW。预计到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。
太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。多晶硅原料的提纯工艺目前主要依赖以下几种工艺：西门子法、硅烷法、气体流化床法和冶金法。以上几种方法都会涉及到多晶硅最终的铸锭工艺，铸锭过程主要分为六个阶段，包括装料抽真空、熔化保温、长晶、退火、降温和开方。
目前，多晶硅铸锭炉内的设计为石英坩埚的顶部和侧部都有石墨加热器，两个加热器连接双电源系统，即分为顶部热场和侧面热场，两个热场的功率分配是按照固定的比例来分配，并且恒定不变，这就使得整个铸锭过程中对于温度的控制不够精确，存在很大的偏差，与工艺要求的温度值不符。这样就造成了铸锭质量的下降以及能源分配不合理的浪费。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明提出一种应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，在铸锭工艺的各个环节中自主分配顶部热场变压器功率P1与侧面热场变压器功率P2，实现功率分配不再是固定值，不再恒定不变，从而提高多晶硅铸锭效率。
本发明所述的一种应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，包括装料抽真空、熔化保温、长晶、退火、降温和开方，熔化保温至退火过程中，铸锭炉内的顶部热场变压器功率P1与侧面热场变压器功率P2的调节按照以下工艺进行：
（1）熔化保温：先采用功率控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使得石英坩埚内温度达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.5～2.5，控制熔化温度不变进行保温，直至多晶硅料完全熔化；
（2）长晶：在长晶过程中，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1～1.75；
（3）退火：在退火过程中，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1～2。
其中，所述的装料抽真空的优选方案如下：将多晶硅料装入铸锭炉中的石英坩埚内，然后抽真空至0.6～1.0Pa。
所述的多晶硅料的纯度优选为5～6N（99.999%～99.9999%）。多晶硅铸锭阶段要求硅料的纯度要高，对于太阳能电池来说，通常要求在5～6N，因此只要满足这个要求即可。
所述的熔化保温的优选方案如下：通入氩气作为保护气，使炉内压强保持在40～60kPa，在功率模式下，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使石英坩埚内温度在4～6h内达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.5～2.5，在1550～1565℃范围内保温11～14h，直至硅料完全熔化。
所述的长晶的优选方案如下：在保温结束后，温度从1550～1565℃经0.5～1h降低到1430～1440℃开始长晶，然后在22～24h内由1430～1440℃降低到1405～1412℃，完成长晶过程，整个长晶过程气体压强保持在50～70kPa。
所述的退火的优选方案如下：将多晶硅铸锭在0.5h内降温到1310～1370℃并保温2～4h，气体压强保持在50～70kPa。
所述的降温的优选方案如下：向铸锭炉内通入循环氩气冷却，压强保持在90～100kPa，控制降温速率为60～70℃/h，降至400℃后取出多晶硅铸锭。
所述的开方的优选方案如下：将多晶硅铸锭经过切除顶部杂质及四周边角料后，置于开方机中进行开方。
在本发明工艺中，各个工艺环节中的顶部热场变压器功率P1与侧面热场变压器功率P2采用不同的分配方式，能够更加精确的控制长晶过程中的温度梯度，减少晶相间的位错，长晶更加均匀，另外能源的合理分配，提高能源的利用率。
本发明的优点在于：（1）通过对长晶过程中温度梯度的精确控制来提高长晶质量，从而使多晶硅铸锭加工生成的电池片的光电转换效率提高0.1%以上，而目前工艺最高仅有17.6%；（2）通过对温度的精确控制和能源的合理分配，减少不必要的能源损耗，使耗电量降低10%。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
按照以下工艺进行多晶硅铸锭生产：
（1）装料抽真空：将纯度为5N的多晶硅料650kg装入铸锭炉中的石英坩埚内，然后抽真空至0.6Pa。
（2）熔化保温：通入氩气作为保护气，使炉内压强保持在40kPa，在功率模式下，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使石英坩埚内温度在4h内达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.5，在1550～1565℃范围内保温11h，直至硅料完全熔化。
（3）长晶：在保温结束后，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，温度从1550～1565℃经0.5h降低到1430℃开始长晶，然后在22h内由1430℃降低到1405℃，完成长晶过程，整个长晶过程气体压强保持在50kPa。
（4）退火：通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，将多晶硅铸锭在0.5h内降温到1310℃并保温2h，气体压强保持在50kPa。
（5）降温：向铸锭炉内通入循环氩气冷却，压强保持在90kPa，控制降温速率为60℃/h，降至400℃后取出多晶硅铸锭。
（6）开方：将多晶硅铸锭经过切除顶部杂质及四周边角料后，置于开方机中进行开方。
（7）经检测，由该多晶硅铸锭加工生成的电池片的光电转换效率为17.8%。
实施例2：
按照以下工艺进行多晶硅铸锭生产：
（1）装料抽真空：将纯度为6N的多晶硅料650kg装入铸锭炉中的石英坩埚内，然后抽真空至1.0Pa。
（2）熔化保温：通入氩气作为保护气，使炉内压强保持在60kPa，在功率模式下，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使石英坩埚内温度在6h内达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：2.5，在1550～1565℃范围内保温14h，直至硅料完全熔化。
（3）长晶：在保温结束后，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.75，温度从1550～1565℃经1h降低到1440℃开始长晶，然后在24h内由1440℃降低到1412℃，完成长晶过程，整个长晶过程气体压强保持在70kPa。
（4）退火：通过自适应系统分配功率P1：P2=1：2，将多晶硅铸锭在0.5h内降温到1370℃并保温4h，气体压强保持在70kPa。
（5）降温：向铸锭炉内通入循环氩气冷却，压强保持在100kPa，控制降温速率为70℃/h，降至400℃后取出多晶硅铸锭。
（6）开方：将多晶硅铸锭经过切除顶部杂质及四周边角料后，置于开方机中进行开方。
（7）经检测，由该多晶硅铸锭加工生成的电池片的光电转换效率为17.7%。

Claims (8)

1.一种应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，包括装料抽真空、熔化保温、长晶、退火、降温和开方，其特征在于熔化保温至退火过程中，铸锭炉内的顶部热场变压器功率P1与侧面热场变压器功率P2的调节按照以下工艺进行：
（1）熔化保温：先采用功率控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使得石英坩埚内温度达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.5～2.5，控制熔化温度不变进行保温，直至多晶硅料完全熔化；
（2）长晶：在长晶过程中，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1～1.75；
（3）退火：在退火过程中，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1～2。
2.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的装料抽真空是将多晶硅料装入铸锭炉中的石英坩埚内，然后抽真空至0.6～1.0Pa。
3.根据权利要求1或2所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的多晶硅料的纯度为5～6N。
4.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的熔化保温是通入氩气作为保护气，使炉内压强保持在40～60kPa，在功率模式下，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1，使石英坩埚内温度在4～6h内达到多晶硅料的熔化温度，然后采用温度控制模式，通过自适应系统分配功率P1：P2=1：1.5～2.5，在1550～1565℃范围内保温11～14h，直至硅料完全熔化。
5.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的长晶是在保温结束后，温度从1550～1565℃经0.5～1h降低到1430～1440℃开始长晶，然后在22～24h内由1430～1440℃降低到1405～1412℃，完成长晶过程，整个长晶过程气体压强保持在50～70kPa。
6.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的退火是将多晶硅铸锭在0.5h内降温到1310～1370℃并保温2～4h，气体压强保持在50～70kPa。
7.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的降温是向铸锭炉内通入循环氩气冷却，压强保持在90～100kPa，控制降温速率为60～70℃/h，降至400℃后取出多晶硅铸锭。
8.根据权利要求1所述的应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺，其特征在于所述的开方是将多晶硅铸锭经过切除顶部杂质及四周边角料后，置于开方机中进行开方。
CN201310470522.3A 2013-10-10 2013-10-10 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺 Expired - Fee Related CN103541002B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310470522.3A CN103541002B (zh) 2013-10-10 2013-10-10 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310470522.3A CN103541002B (zh) 2013-10-10 2013-10-10 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103541002A true CN103541002A (zh) 2014-01-29
CN103541002B CN103541002B (zh) 2016-03-30

Family

ID=49964831

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310470522.3A Expired - Fee Related CN103541002B (zh) 2013-10-10 2013-10-10 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103541002B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103898603A (zh) * 2014-04-29 2014-07-02 南通综艺新材料有限公司 一种双电源多晶硅铸锭工艺
CN106435728A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 江苏美科硅能源有限公司 一种用于多晶炉铸锭的长晶工艺
CN106884207A (zh) * 2017-04-18 2017-06-23 宜昌南玻硅材料有限公司 一种提高多晶硅锭成晶率的退火工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714004A (en) * 1995-06-15 1998-02-03 Sharp Kabushiki Kaisha Process for producing polycrystalline semiconductors
CN101880911A (zh) * 2010-04-29 2010-11-10 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 一种多晶硅铸锭工艺
CN102289235A (zh) * 2011-07-22 2011-12-21 宁波晶元太阳能有限公司 基于顶侧分开控制多晶硅铸锭炉的加热控制系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714004A (en) * 1995-06-15 1998-02-03 Sharp Kabushiki Kaisha Process for producing polycrystalline semiconductors
CN101880911A (zh) * 2010-04-29 2010-11-10 江西旭阳雷迪高科技股份有限公司 一种多晶硅铸锭工艺
CN102289235A (zh) * 2011-07-22 2011-12-21 宁波晶元太阳能有限公司 基于顶侧分开控制多晶硅铸锭炉的加热控制系统及方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103898603A (zh) * 2014-04-29 2014-07-02 南通综艺新材料有限公司 一种双电源多晶硅铸锭工艺
CN106435728A (zh) * 2016-09-23 2017-02-22 江苏美科硅能源有限公司 一种用于多晶炉铸锭的长晶工艺
CN106884207A (zh) * 2017-04-18 2017-06-23 宜昌南玻硅材料有限公司 一种提高多晶硅锭成晶率的退火工艺
CN106884207B (zh) * 2017-04-18 2020-02-14 宜昌南玻硅材料有限公司 一种提高多晶硅锭成晶率的退火工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN103541002B (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103668450B (zh) 可减少多晶硅铸锭中细晶产生的铸锭工艺
CN103741214B (zh) 一种多晶硅铸锭工艺
CN102936747B (zh) 一种采用大尺寸坩埚铸锭类单晶的方法
CN103741213B (zh) 一种多晶硅铸锭用熔料工艺
CN104499048A (zh) 一种连续加料的单晶硅生长工艺
CN103420380B (zh) 电子束熔炼与定向凝固技术耦合制备多晶硅的方法及装置
CN103436956A (zh) 速熔缓长晶高效多晶硅铸锭工艺
CN103469302A (zh) 缩短边角长晶时间的多晶硅铸锭工艺
CN103361737B (zh) 多晶硅铸锭减少杂质反扩散的二次退火工艺
CN103541002B (zh) 应用于多晶硅铸锭的双电源自适应控制工艺
CN103436957A (zh) 双模式控制熔化保温的多晶硅铸锭工艺
CN103898603A (zh) 一种双电源多晶硅铸锭工艺
CN103882518B (zh) 一种硼元素均匀分布的多晶硅铸锭工艺
CN103184516B (zh) 一种降低阴影和硬质点的多晶硅铸锭热场结构及方法
CN103849931B (zh) 一种底部补偿硼元素的多晶硅铸锭工艺
CN203440097U (zh) 电子束熔炼与定向凝固技术耦合制备多晶硅的装置
CN104649276A (zh) 电子束熔炼高效去除多晶硅中杂质氧的方法及其装置
CN103420379A (zh) 电子束连续化熔炼制备太阳能级多晶硅的方法及其装置
CN104651929B (zh) 一种电子束熔炼多晶硅除氧与铸锭耦合的方法及设备
CN103553050B (zh) 多晶硅连续化介质熔炼方法
CN106283182B (zh) 一种多晶硅铸锭工艺
CN203382512U (zh) 提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置
CN103738965B (zh) 电子束熔炼液态硅除氧的方法及其装置
CN103334154A (zh) 一种应用热交换生产多晶硅铸锭的方法
CN203699921U (zh) 电子束连续熔炼去除多晶硅中氧杂质的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171106

Address after: 1 road 266000 in Shandong province Qingdao city Laoshan District No. 1 Keyuan latitude B block 7 layer B4-2

Patentee after: Qingdao Changsheng Dongfang Industry Group Co., Ltd.

Address before: Pudong solar energy industry base in Jimo city of Shandong Province, Qingdao City, 266234

Patentee before: Qingdao Longsheng Crystalline Silicon Science & Technology Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20171127

Address after: Miao road Laoshan District 266061 Shandong city of Qingdao Province, No. 52 906

Patentee after: Qingdao Changsheng Electric Design Institute Co. Ltd.

Address before: 1 road 266000 in Shandong province Qingdao city Laoshan District No. 1 Keyuan latitude B block 7 layer B4-2

Patentee before: Qingdao Changsheng Dongfang Industry Group Co., Ltd.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160330

Termination date: 20201010

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee