CN103966666B - 多晶硅装料设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅装料设备及其控制方法，所述多晶硅装料设备包括石英坩埚，其中，所述石英坩埚设于坩埚平台上，所述石英坩埚的上方设有悬吊支架，所述悬吊支架通过缓冲机构和固定器相连，所述固定器上设有吸盘，所述悬吊支架和坩埚平台之间设有升降机构。本发明提供的多晶硅装料设备及其控制方法，通过吸盘将硅料吸附在固定器上，经升降机构将块状硅料无冲击的稳定放入坩埚内，且不会破环坩埚涂层，大大减小装料时间，避免人工引入的污染影响铸锭质量，从而提高铸锭产量，且设备结构简单，易于控制操作。

Description

多晶硅装料设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种装料设备及其控制方法，尤其涉及一种多晶硅装料设备及其控制方法。

背景技术

随着世界资源匮乏和污染日益严重，太阳能光伏越来越受到各国的重视。目前，太阳能级多晶硅电池在光伏行业占有主要的市场。在制备太阳能级多晶硅电池硅料过程中，铸锭是必经环节。铸锭多晶硅工艺如下：将多晶硅料装入石英坩埚，然后和石英坩埚一起进入铸锭炉，最后进行铸锭。目前多晶硅装入石英坩埚基本依靠人工：将由平面的硅料放在坩埚四周和底部，然后装入不规则的大块硅料，最后小块、小颗粒或者碎片硅料进行填充大块硅料之间的缝隙。

由上可见，现有多晶硅装料过程存在以下问题：1、多晶硅装料时间长，效率低。每炉装硅料420kg需要时间大约2个小时，装料效率低；2、人工装料易带入新的杂质。在装料过程中，由于人工因素，会导致多层面带入新的杂质，如人的头发、头皮屑、汗及其外装等将易带入新的杂质。3、装的硅料少。由于硅料形状不规则，装料过程中浪费了很多坩埚空间，每炉产量低，单位质量成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅装料设备及其控制方法，能够大大减小装料时间，避免人工引入的污染影响铸锭质量，从而提高铸锭产量，且设备结构简单，易于控制操作。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种多晶硅装料设备，包括石英坩埚，其中，所述石英坩埚设于坩埚平台上，所述石英坩埚的上方设有悬吊支架，所述悬吊支架通过缓冲机构和固定器相连，所述固定器上设有吸盘，所述悬吊支架和坩埚平台之间设有升降机构。

上述的多晶硅装料设备，其中，所述升降机构为液压升降机构，所述液压升降机构和悬吊支架相连。

上述的多晶硅装料设备，其中，所述升降机构为固定在底座上的平台升降机构，所述平台升降机构位于坩埚平台和底座之间。

上述的多晶硅装料设备，其中，所述固定器为旋转圆盘，所述旋转圆盘上等间隔设有多个吸盘。

上述的多晶硅装料设备，其中，所述缓冲机构为充气气囊或弹簧，所述充气气囊或弹簧和吸盘上的抽气装置相连。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是还提供一种上述多晶硅装料设备的控制方法，包括如下步骤：a)对吸盘进行抽气，将待装入的块状多晶硅吸附固定在吸盘上；b)调整带有块状多晶硅的固定器到石英坩埚上方的预设位置，启动悬吊支架和坩埚平台之间的升降机构，将块状多晶硅装入石英坩埚内；c)将块状多晶硅装入石英坩埚后，对吸盘进行充气释放块状多晶硅；d)将升降机构回复原位进行下一次块状多晶硅的吸附装载。

上述的多晶硅装料设备的控制方法，其中，所述步骤a)中的固定器上设有多个吸盘，所述吸盘的直径尺寸为5～500mm，数量为1～100个，调整多个吸盘的间隔，使得吸附在固定器上的多个块状多晶硅之间的间隙距离为1～50mm。

上述的多晶硅装料设备的控制方法，其中，所述步骤b)中，当块状多晶硅与石英坩埚底部距离为35～65mm时，调整升降机构下降或上升速度为0.1～5mm/s。

上述的多晶硅装料设备的控制方法，其中，所述步骤c)中检测到缓冲机构承受的作用力小于预设阈值时，才对吸盘进行充气释放块状多晶硅。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的多晶硅装料设备及其控制方法，通过吸盘将硅料吸附在固定器上，经升降机构将块状硅料无冲击的稳定放入坩埚内，且不会破环坩埚涂层，大大减小装料时间，避免人工引入的污染影响铸锭质量，从而提高铸锭产量，且设备结构简单，易于控制操作。

附图说明

图1为本发明多晶硅装料设备结构示意图。

图中：

1液压升降机构2缓冲机构3固定器

4吸盘5块状多晶硅6石英坩埚

7坩埚平台8平台升降机构9底座

10悬吊支架

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明多晶硅装料设备结构示意图。

请参见图1，本发明提供的多晶硅装料设备，包括石英坩埚6，其中，所述石英坩埚6设于坩埚平台7上，所述石英坩埚6的上方设有悬吊支架10，所述悬吊支架10通过缓冲机构2和固定器3相连，所述固定器3上设有吸盘4，所述悬吊支架10和坩埚平台7之间设有升降机构。

本发明提供的多晶硅装料设备，其中，所述升降机构为液压升降机构1，所述液压升降机构1和悬吊支架10相连；或者所述升降机构为固定在底座9上的平台升降机构8，所述平台升降机构8位于坩埚平台7和底座9之间。由于硅料至少具有上下两个平面，下平面和石英坩埚6底部接触，防止硅料突出或者尖出部位对坩埚涂层造成破环；上平面被吸盘4吸附，使吸盘具有一定的吸附力，防止硅料上表面不平漏气坠入到坩埚内，造成对坩埚的破坏。

本发明提供的多晶硅装料设备，其中，所述固定器3优选为旋转圆盘，所述旋转圆盘上等间隔设有多个吸盘4，用来根据装料需要，可一次装块状硅料1-100块之间的任意数量。根据装料的硅块数量和尺寸，确定设备所需要固定器吸盘的数量和尺寸，固定器上吸盘的直径尺寸5～500mm，数量可为1～100个。为了避免多晶硅块之间受到高温而体积膨胀造成对四周坩埚壁挤压，硅块之间留有一定缝隙，硅块与硅块之间的间隙距离为1-50mm；放入坩埚内的硅块之间缝隙可添加碎硅料。

在多晶硅块装料过程中，避免硅块刚刚接触坩埚底部时产生冲击力，装料新型设备上具有缓冲机构2，缓冲机构2安装在固定器3上部，或安装到坩埚升降台下面。所述缓冲机构2可为充气气囊或者弹簧，所述充气气囊或者弹簧和吸盘4上的抽气装置相连。

本发明还提供一种上述多晶硅装料设备的控制方法，包括如下步骤：

a)对吸盘4进行抽气，将待装入的块状多晶硅5吸附固定在吸盘4上；所述固定器3上设有多个吸盘4，所述吸盘4的直径尺寸为5～500mm，数量为1～100个，通过调整多个吸盘4的间隔，使得吸附在固定器上的多个块状多晶硅5之间的间隙距离为1～50mm；

b)调整带有块状多晶硅5的固定器3到石英坩埚6上方的预设位置，启动悬吊支架10和坩埚平台7之间的升降机构，将块状多晶硅5装入石英坩埚6内；为了避免下降固定器或升高坩埚平台过程中，速度过快造成对坩埚底部冲击力，当块状多晶硅5与石英坩埚6底部距离为35～65mm时，比如硅块距坩埚底部小于50mm时，调整升降机构下降或上升速度为0.1～5mm/s；

c)将块状多晶硅5装入石英坩埚6后，对吸盘4进行充气释放块状多晶硅5；为了确保不对石英坩埚6造成损坏，最好是硅块的重量完全由坩埚底部承受时，才对吸盘卸掉吸附力；本发明检测到缓冲机构2承受的作用力小于预设阈值时，才对吸盘4进行充气释放块状多晶硅5；

d)上升固定器或降低坩埚平台，硅块脱离装料设备，将升降机构回复原位进行下一次块状多晶硅5的吸附装载；硅块装入坩埚后，根据硅块与硅块的间距大小，小颗粒或者碎片硅料进行填充硅块之间的缝隙。

实施例1

选用容量为420kg石英坩埚，外尺寸878*878*420，硅块尺寸为250*250*400mm，硅块数量为9，硅块之间缝隙为15mm，将9块硅料分别经真空抽气固定在吸盘4上。将坩埚放在坩埚平台7的设定位置，防止硅料碰到坩埚壁，误差在3mm。清理好坩埚，以防引入新的杂质。旋转带有硅料的固定器3，使硅料在坩埚正上方。启动液压升降机构1，硅料以8mm/s速度下降到坩埚内，当硅料底部与坩埚底部距离为45mm时，调整速度为0.5mm/s。当硅料与坩埚底部良好接触，且缓冲机构2对硅无力作用，对吸盘4进行充气，硅块脱离吸盘，硅块无冲击的稳定放入坩埚内。液压升降机构1带动固定器3上升回复原位，然后把固定器3旋转回原位。最后小颗粒或者碎片硅料进行填充硅块之间的缝隙。整个过程涂层无破坏，所装硅料重量为531kg，比传统装料方法多26％，所用时间为11分钟，远远小于传统装料时间。

实施例2

选用容量为480kg石英坩埚，外尺寸878*878*480，硅块尺寸为188*188*450mm，硅块数量为16，硅块之间缝隙为10mm，将16块硅料分别固定在吸盘4上。将坩埚放在坩埚平台7的设定位置，误差在3mm。旋转带有硅料的固定器3，使硅料在坩埚正上方。启动平台升降机构，坩埚以10mm/s速度上升，当硅料底部与坩埚底部距离为42mm时，调整速度为0.9mm/s。当硅料与坩埚底部良好接触，且缓冲机构2对硅无力作用，硅块脱离吸盘，硅块无冲击的稳定放入坩埚内。平台升降机构8下降回复原位，并把固定器3旋转回原位。最后小颗粒或者碎片硅料进行填充硅块之间的缝隙。装硅料重量为601kg，比传统装料方法多27％，所用时间为13分钟。

实施例3

选用容量为700kg石英坩埚，外尺寸1040*1040*480，硅块尺寸为156*156*450mm，硅块数量为36，硅块之间缝隙为5mm，将36块硅料分别固定在吸盘4上。将坩埚放在坩埚平台7的设定位置，误差在1mm。启动平台升降机构，坩埚以12mm/s速度上升，当硅料底部与坩埚底部距离为37mm时，调整速度为1mm/s。硅块无冲击的稳定放入坩埚内。平台升降机构8下降回复原位，并把固定器3旋转回原位。最后小颗粒或者碎片硅料进行填充硅块之间的缝隙。装硅料重量为921kg，比传统装料方法多32％。所用时间为17分钟。

综上所述，本发明提供的多晶硅装料设备，通过吸盘4将硅料吸附在固定器3上，经升降机构将块状多晶硅5无冲击的稳定放入石英坩埚6内，且不会破环坩埚涂层，装料速度快，用时间短，效率高，且整个过程无新污染。由于多晶硅料是有规则的形状，大大利用了坩埚的空间，每炉坩埚内多装大于20％的硅料，降低了铸锭单位质量成本，对大规模生产有重要意义。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种多晶硅装料设备，包括石英坩埚(6)，其特征在于，所述石英坩埚(6)设于坩埚平台(7)上，所述石英坩埚(6)的上方设有悬吊支架(10)，所述悬吊支架(10)通过缓冲机构(2)和固定器(3)相连，所述固定器(3)上设有吸盘(4)，所述悬吊支架(10)和坩埚平台(7)之间设有升降机构。

2.如权利要求1所述的多晶硅装料设备，其特征在于，所述升降机构为液压升降机构(1)，所述液压升降机构(1)和悬吊支架(10)相连。

3.如权利要求1所述的多晶硅装料设备，其特征在于，所述升降机构为固定在底座(9)上的平台升降机构(8)，所述平台升降机构(8)位于坩埚平台(7)和底座(9)之间。

4.如权利要求1所述的多晶硅装料设备，其特征在于，所述固定器(3)为旋转圆盘，所述旋转圆盘上等间隔设有多个吸盘(4)。

5.如权利要求1所述的多晶硅装料设备，其特征在于，所述缓冲机构(2)为充气气囊或弹簧，所述充气气囊或弹簧和吸盘(4)上的抽气装置相连。

6.一种如权利要求1所述的多晶硅装料设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)对吸盘(4)进行抽气，将待装入的块状多晶硅(5)吸附固定在吸盘(4)上；

b)调整带有块状多晶硅(5)的固定器(3)到石英坩埚(6)上方的预设位置，启动悬吊支架(10)和坩埚平台(7)之间的升降机构，将块状多晶硅(5)装入石英坩埚(6)内；

c)将块状多晶硅(5)装入石英坩埚(6)后，对吸盘(4)进行充气释放块状多晶硅(5)；

d)将升降机构回复原位进行下一次块状多晶硅(5)的吸附装载。

7.如权利要求6所述的多晶硅装料设备的控制方法，其特征在于，所述步骤a)中的固定器(3)上设有多个吸盘(4)，所述吸盘(4)的直径尺寸为5～500mm，数量为1～100个，调整多个吸盘(4)的间隔，使得吸附在固定器上的多个块状多晶硅(5)之间的间隙距离为1～50mm。

8.如权利要求6所述的多晶硅装料设备的控制方法，其特征在于，所述步骤b)中，当块状多晶硅(5)与石英坩埚(6)底部距离为35～65mm时，调整升降机构下降或上升速度为0.1～5mm/s。

9.如权利要求6所述的多晶硅装料设备的控制方法，其特征在于，所述步骤c)中检测到缓冲机构(2)承受的作用力小于预设阈值时，才对吸盘(4)进行充气释放块状多晶硅(5)。