CN104438201A - 一种硅料清洗工艺及其设备 - Google Patents

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陈五奎
李军
徐文州
耿荣军
樊茂德
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Abstract

本发明公开了一种在清洗硅料时避免在硅料表面形成二氧化硅层的硅料清洗工艺及其设备。该硅料清洗工艺首先将需要清洗的硅料放入离心设备中；然后启动离心设备使硅料旋转，在硅料旋转的过程中，向离心设备内注入纯水对硅料进行清洗，清洗完毕后，停止向硅料喷洒纯水，调整离心设备的转速至305-330转/分钟进行甩干处理，在甩干过程中向硅料通入温度为60-120度的惰性气体，该清洗工艺利用惰性气体对硅料进行烘烤，在惰性气体的保护下，硅料不会与氧气接触，硅料表面不会形成二氧化硅层，进而在后续工艺中需要融化硅料时，可以很容易的将表面没有二氧化硅层硅料融化，降低了能耗。适合在太阳能电池领域推广应用。

Description

一种硅料清洗工艺及其设备
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其是一种一种硅料清洗工艺及其设备。
背景技术
太阳能电池原理主要是以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质：当掺入硼、磷等杂质时，硅晶体中就会存在着一个空穴，形成n型半导体；同样，掺入磷原子以后，硅晶体中就会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体与n型半导体结合在一起形成pn结，当太阳光照射硅晶体后，pn结中n型半导体的空穴往p型区移动，而p型区中的电子往n型区移动，从而形成从n型区到p型区的电流，在pn结中形成电势差，这就形成了太阳能电池。
硅料在加工之前需要用纯水清洗，除去硅料表面的杂质，硅料清洗完毕后利用恒温干燥箱烘烤硅料，接着对烘烤完毕的硅料进行分选称重打包封存，在生产多晶硅锭或单晶硅棒时，将封存打包好的硅料投入多晶炉或单晶炉内进行融化加工。目前，对于硅料的清洗都是先利用纯水清洗，然后放入恒温烘烤箱内进行烘烤，这种硅料清洗工艺虽然能够除去硅料表面的杂质，但是在烘烤硅料的过程中，硅料表面很容易被二次氧化形成二氧化硅层，硅料表面的二氧化硅层很难融化，在后续的工艺中，需要很高的温度长时间才能将表面具有二氧化硅层的硅料融化，这样就需要消耗较多的电能，能耗较高，致使生产成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在清洗硅料时避免在硅料表面形成二氧化硅层的硅料清洗工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该硅料清洗工艺，包括以下步骤：
A、将需要清洗的硅料放入离心设备中；
B、启动离心设备使硅料旋转，在硅料旋转的过程中，向离心设备内注入纯水对硅料进行清洗，所述清洗时间为80-120秒，在清洗过程中，所述离心设备的转速为280-300转/分钟，清洗完毕后，停止向硅料喷洒纯水，调整离心设备的转速至305-330转/分钟进行甩干处理，在甩干过程中向硅料通入温度为60-120度的惰性气体，甩干时间为1400-1800秒；
C、将甩干的硅料密封保存。
进一步的是，所述惰性气体为氮气。
进一步的是，所述氮气的温度为100度。
进一步的是，在清洗过程中，所述离心设备的转速为300转/分钟。
进一步的是，在甩干过程中，所述离心设备的转速为310转/分钟。
进一步的是，所述斜面的倾斜角度为30度。
本发明还提供了一种实现上述硅料清洗工艺的清洗设备，该硅料清洗设备包括底板、侧板、盖板组层的壳体，所述壳体内设置有隔板，所述隔板与底板平行设置，所述隔板与侧板盖板共同围成一个封闭的空腔，所述空腔内设置有旋转筒体，所述旋转筒体底部连接有旋转轴，所述旋转轴穿过隔板，旋转轴下端连接有驱动旋转轴转动的驱动电机，所述隔板上设置有排水孔，所述排水孔上连接有排水管，所述排水管上设置有排水截止阀，所述盖板上连接有用于通入惰性气体的进气管与用于通入纯水的进水管，所述进气管上设置有气体加热装置，所述进气管、进水管分别穿过盖板延伸至空腔内，所述进水管上设置有进水截止阀，所述进气管上设置有进气截止阀，所述旋转筒体的侧壁上设置有多个漏水孔。
进一步的是，所述气体加热装置包括柱状基体，所述柱状基体内设置有圆柱形的气体加热空腔，所述柱状基体上设置有与气体加热空腔连通的进气口与出气口，所述进气口通过气管与惰性气体源连通，所述出气口与进气管连通，所述柱状基体的表面缠绕有加热丝，所述加热丝连接在电源上。
进一步的是，所述加热丝与电源之间设置有温控表，所述气体加热空腔内设置有温度探头，所述温度探头与温控表相连接。
进一步的是，所述惰性气体源为氮气。
本发明的有益效果是：该硅料清洗工艺首先将需要清洗的硅料放入离心设备中；然后启动离心设备使硅料旋转，在硅料旋转的过程中，向离心设备内注入纯水对硅料进行清洗，所述清洗时间为80-120秒，在清洗过程中，所述离心设备的转速为280-300转/分钟，清洗完毕后，停止向硅料喷洒纯水，调整离心设备的转速至305-330转/分钟进行甩干处理，在甩干过程中向硅料通入温度为60-120度的惰性气体，甩干时间为1400-1800秒，将甩干的硅料密封保存，该清洗工艺利用60-120度的惰性气体对硅料进行烘烤，在惰性气体的保护下，硅料不会与氧气接触，因此，在甩干过程中，硅料表面不会形成二氧化硅层，进而在后续工艺中需要融化硅料时，可以很容易的将表面没有二氧化硅层硅料融化，不需要浪费大量的电能去融化二氧化硅层，降低了能耗，进而也降低了生产成本，实现了节能减排的目的。
附图说明
图1是本发明硅料清洗设备的结构示意图；
图中标记为：壳体1、底板101、侧板102、盖板103、隔板2、空腔3、旋转筒体4、旋转轴5、驱动电机6、排水孔7、排水管8、排水截止阀9、进气管10、进水管11、气体加热装置12、柱状基体121、气体加热空腔122、惰性气体源123、加热丝124、电源125、温控表126、温度探头127、进水截止阀13、进气截止阀14、漏水孔15。
具体实施方式
该硅料清洗工艺首先将需要清洗的硅料放入离心设备中；然后启动离心设备使硅料旋转，在硅料旋转的过程中，向离心设备内注入纯水对硅料进行清洗，所述清洗时间为80-120秒，在清洗过程中，所述离心设备的转速为280-300转/分钟，清洗完毕后，停止向硅料喷洒纯水，调整离心设备的转速至305-330转/分钟进行甩干处理，在甩干过程中向硅料通入温度为60-120度的惰性气体，甩干时间为1400-1800秒，将甩干的硅料密封保存，该清洗工艺利用60-120度的惰性气体对硅料进行烘烤，在惰性气体的保护下，硅料不会与氧气接触，因此，在烘烤过程中，硅料表面不会形成二氧化硅层，进而在后续工艺中需要融化硅料时，可以很容易的将表面没有二氧化硅层硅料融化，不需要浪费大量的电能去融化二氧化硅层，降低了能耗，进而也降低了生产成本，实现了节能减排的目的。
所述惰性气体可以是氩气、氦气等，为了降低生产成本，所述惰性气体优选为氮气，由于氮气是大气中含量最多的一种气体，因而提取方便，成本低，同时氮气不容易与硅料发生反应，可以起到隔绝氧气保护硅料的目的。
为了提高烘烤效率，所述氮气的温度为优选为100度，可以缩短硅料的甩干时间，提高效率。
在清洗过程中，为了在保证清洗效果的前提下尽可能的节约用水，所述离心设备的转速优选为300转/分钟，此时，所述清洗时间只需100秒即可，效率较高。
在甩干过程中，为了使硅料表面的水分被快速甩干，所述离心设备的转速为310转/分钟，此时甩干的时间只需1600秒即可。
本发明还提供了一种实现上述硅料清洗工艺的清洗设备，如图1所示，该硅料清洗设备包括底板101、侧板102、盖板103组层的壳体1，所述壳体1内设置有隔板2，所述隔板2与底板101平行设置，所述隔板2与侧板102盖板103共同围成一个封闭的空腔3，所述空腔3内设置有旋转筒体4，所述旋转筒体4底部连接有旋转轴5，所述旋转轴5穿过隔板2，旋转轴5下端连接有驱动旋转轴5转动的驱动电机6，所述隔板2上设置有排水孔7，所述排水孔7上连接有排水管8，所述排水管8上设置有排水截止阀9，所述盖板103上连接有用于通入惰性气体的进气管10与用于通入纯水的进水管11，所述进气管10上设置有气体加热装置12，所述进气管10、进水管11分别穿过盖板103延伸至空腔3内，所述进水管11上设置有进水截止阀13，所述进气管10上设置有进气截止阀14，所述旋转筒体4的侧壁上设置有多个漏水孔15。该硅料清洗设备在使用时，只需将需要清洗的硅料放入旋转筒体4内，然后盖上盖板103，先将排水管8上设置的排水截止阀9关闭，然后打开进水截止阀13向旋转筒体4内注入纯水，注入一定量的纯水后，关闭进水截止阀13，启动驱动电机6使旋转筒体4旋转，旋转筒体4在旋转过程中会带动硅料旋转，硅料在旋转过程中与纯水充分接触清洗，其清洗效果较好，清洗完毕后，打开排水截止阀9，将旋转筒体4内的纯水排出，接着进入甩干阶段，在进入甩干阶段时，打开进气截止阀14，向旋转筒体4内通入惰性气体，且惰性气体在进入旋转筒体4之前先被气体加热装置12加热至一定温度，可以提高烘烤效果，缩短烘烤时间，硅料表面的水分从漏水孔15中甩至侧板102内壁上，进而沿侧板102内壁向下流至排水孔7从排水管8流出，在整个甩干的阶段，硅料都是在惰性气体的保护下，硅料不会与氧气接触，因此，在甩干过程中，硅料表面不会形成二氧化硅层，进而在后续工艺中需要融化硅料时，可以很容易的将表面没有二氧化硅层硅料融化，不需要浪费大量的电能去融化二氧化硅层，降低了能耗，进而也降低了生产成本，实现了节能减排的目的。
进一步的是，所述气体加热装置12包括柱状基体121，所述柱状基体121内设置有圆柱形的气体加热空腔122，所述柱状基体121上设置有与气体加热空腔122连通的进气口与出气口，所述进气口通过气管与惰性气体源123连通，所述出气口与进气管10连通，所述柱状基体121的表面缠绕有加热丝124，所述加热丝124连接在电源125上。利用加热丝124可以快速加热，而且气体加热空腔122为圆柱形，因而，可以保证压缩空气有足够的加热时间，可以使得所有的压缩空气被加热到同样的温度，加热效果较好。进一步的是，所述加热丝124与电源125之间设置有温控表126，所述气体加热空腔122内设置有温度探头127，所述温度探头127与温控表126相连接，通过温控表126可以调整气体加热空腔122内的温度，使得惰性气体的温度能够根据不同情况自由调整，使用非常方便。

Claims (9)

1.一种硅料清洗工艺，其特征在于包括以下步骤：
A、将需要清洗的硅料放入离心设备中；
B、启动离心设备使硅料旋转，在硅料旋转的过程中，向离心设备内注入纯水对硅料进行清洗，所述清洗时间为80-120秒，在清洗过程中，所述离心设备的转速为280-300转/分钟，清洗完毕后，停止向硅料喷洒纯水，调整离心设备的转速至305-330转/分钟进行甩干处理，在甩干过程中向硅料通入温度为60-120度的惰性气体，甩干时间为1400-1800秒；
C、将甩干的硅料密封保存。
2.如权利要求1所述的硅料清洗工艺，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
3.如权利要求2所述的硅料清洗工艺，其特征在于：所述氮气的温度为100度。
4.如权利要求3所述的硅料清洗工艺，其特征在于：在清洗过程中，所述离心设备的转速为300转/分钟。
5.如权利要求4所述的硅料清洗工艺，其特征在于：在甩干过程中，所述离心设备的转速为310转/分钟。
6.一种硅料清洗设备，其特征在于：包括底板(101)、侧板(102)、盖板(103)组层的壳体(1)，所述壳体(1)内设置有隔板(2)，所述隔板(2)与底板(101)平行设置，所述隔板(2)与侧板(102)盖板(103)共同围成一个封闭的空腔(3)，所述空腔(3)内设置有旋转筒体(4)，所述旋转筒体(4)底部连接有旋转轴(5)，所述旋转轴(5)穿过隔板(2)，旋转轴(5)下端连接有驱动旋转轴(5)转动的驱动电机(6)，所述隔板(2)上设置有排水孔(7)，所述排水孔(7)上连接有排水管(8)，所述排水管(8)上设置有排水截止阀(9)，所述盖板(103)上连接有用于通入惰性气体的进气管(10)与用于通入纯水的进水管(11)，所述进气管(10)上设置有气体加热装置(12)，所述进气管(10)、进水管(11)分别穿过盖板(103)延伸至空腔(3)内，所述进水管(11)上设置有进水截止阀(13)，所述进气管(10)上设置有进气截止阀(14)，所述旋转筒体(4)的侧壁上设置有多个漏水孔(15)。
7.如权利要求6所述的硅料清洗设备，其特征在于：所述气体加热装置(12)包括柱状基体(121)，所述柱状基体(121)内设置有圆柱形的气体加热空腔(122)，所述柱状基体(121)上设置有与气体加热空腔(122)连通的进气口与出气口，所述进气口通过气管与惰性气体源(123)连通，所述出气口与进气管(10)连通，所述柱状基体(121)的表面缠绕有加热丝(124)，所述加热丝(124)连接在电源(125)上。
8.如权利要求7所述的硅料清洗设备，其特征在于：所述加热丝(124)与电源(125)之间设置有温控表(126)，所述气体加热空腔(122)内设置有温度探头(127)，所述温度探头(127)与温控表(126)相连接。
9.如权利要求8所述的硅料清洗设备，其特征在于：所述惰性气体源(123)为氮气。
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