CN109112618A - 一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置及方法 - Google Patents

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余刚
丁
丁一
王剑
姚玖洪
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Abstract

本发明提供一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，包括预熔区和生长区；所述预熔区包括预熔坩埚，包裹于预熔坩埚外围的第一保温层和包裹于第一保温层外围的第一感应加热器；所述生长区包括漏斗，漏斗下方设置生长坩埚，所述生长坩埚外围包裹有第二保温层，所述第二保温层外围包裹有第二感应加热器。将硅料的熔化和凝固分别在2个不同的坩埚中进行，硅料在预熔区熔化后，倒入另一个加有保温装置的生长区。通过控制生长区坩埚周围的加热装置，使硅液在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。这种方法由于将熔化与结晶区分开，使能量的利用更合理，也使半连续性铸锭成为现实。

Description

一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置及方法
技术领域
本发明涉及多晶硅的生长方法，具体涉及一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置及方法。
背景技术
多晶硅，灰色金属光泽。密度2.32～2.34。熔点1410℃。沸点2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。
当前，晶体硅材料(包括多晶硅和单晶硅)是最主要的光伏材料，其市场占有率在90％以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。
目前，定向凝固是制备太阳能级多晶硅锭的主要方法，即在凝固过程中控制液固界面的温度梯度，实行可控的定向凝固，形成多晶柱状晶。
发明内容
本发明提供一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置及方法，将硅料的熔化和凝固分别在2个不同的坩埚中进行，硅料在预熔区熔化后，倒入另一个加有保温装置的生长区。通过控制生长区坩埚周围的加热装置，使硅液在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。这种方法由于将熔化与结晶区分开，使能量的利用更合理，也使半连续性铸锭成为现实。
本发明的技术方案是：一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，包括预熔区和生长区；
所述预熔区包括预熔坩埚，包裹于预熔坩埚外围的第一保温层和包裹于第一保温层外围的第一感应加热器；
所述生长区包括漏斗，漏斗下方设置生长坩埚，所述生长坩埚外围包裹有第二保温层，所述第二保温层外围包裹有第二感应加热器。
进一步的，包括带V形槽的支架，所述漏斗放置于带V形槽的支架的V形槽内。
进一步的，所述带V形槽的支架与下方的生长坩埚之间设置有支撑板。
进一步的，所述漏斗与带V形槽的支架的接触面设置有第二保温层。
进一步的，所述第二保温层与第二感应加热器之间设置有导热板。
进一步的，所述生长区底部设置有隔热底板。
本发明还提供一种太阳能多晶硅的定向凝固生长方法，具体步骤如下：将硅料放入预熔区的预熔坩埚内熔化成硅液后，倒入加有保温装置的生长坩埚中，通过控制生长坩埚周围的第二感应加热器的加热温度，使硅液在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。
本发明的有益效果是：将硅料的熔化和凝固分别在2个不同的坩埚中进行，硅料在预熔区熔化后，倒入另一个加有保温装置的生长区。通过控制生长区坩埚周围的加热装置，使硅液在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。这种方法由于将熔化与结晶区分开，使能量的利用更合理，也使半连续性铸锭成为现实。
附图说明
图1为预熔区的结构示意图；
图2为生长区的结构示意图。
图中：1为预熔坩埚，2为第一保温层，3为第一感应加热器，4为漏斗，5为第二保温层，6为带V形槽的支架，7为支撑板，8为硅锭及熔体，9为第三保温层，10为第二感应加热器，11为隔热底板，12为导热板，13为生长坩埚。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，包括预熔区和生长区。如图1所示，预熔区包括预熔坩埚1，包裹于预熔坩埚1外围的第一保温层2和包裹于第一保温层2外围的第一感应加热器3。如图2所示，生长区包括漏斗4、带V形槽的支架5，漏斗4放置于带V形槽的支架5的V形槽内，漏斗4与带V形槽的支架5的接触面设置有第二保温层5。漏斗4下方设置生长坩埚13，带V形槽的支架5与下方的生长坩埚13之间设置有支撑板7。生长坩埚13外围包裹有第二保温层9，第二保温层9外围包裹有第二感应加热器10。第二保温层9与第二感应加热器10之间设置有导热板12。生长区底部设置有隔热底板11。
太阳能多晶硅的定向凝固生长方法，具体步骤如下：将硅料放入预熔区的预熔坩埚内熔化成硅液后，倒入加有保温装置的生长坩埚中，通过控制生长坩埚周围的第二感应加热器的加热温度，使硅液8在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。这种方法由于将熔化与结晶区分开，使能量的利用更合理，也使半连续性铸锭成为现实。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：包括预熔区和生长区；
所述预熔区包括预熔坩埚(1)，包裹于预熔坩埚(1)外围的第一保温层(2)和包裹于第一保温层(2)外围的第一感应加热器(3)；
所述生长区包括漏斗(4)，漏斗(4)下方设置生长坩埚(13)，所述生长坩埚(13)外围包裹有第二保温层(9)，所述第二保温层(9)外围包裹有第二感应加热器(10)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：包括带V形槽的支架(5)，所述漏斗(4)放置于带V形槽的支架(5)的V形槽内。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：所述带V形槽的支架(5)与下方的生长坩埚(13)之间设置有支撑板(7)。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：所述漏斗(4)与带V形槽的支架(5)的接触面设置有第二保温层(5)。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：所述第二保温层(9)与第二感应加热器(10)之间设置有导热板(12)。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置，其特征在于：所述生长区底部设置有隔热底板(11)。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种太阳能多晶硅的定向凝固生长装置实现的太阳能多晶硅的定向凝固生长方法，其特征在于：具体步骤如下：将硅料放入预熔区的预熔坩埚内熔化成硅液后，倒入加有保温装置的生长坩埚中，通过控制生长坩埚周围的第二感应加热器的加热温度，使硅液(8)在设定的温度梯度下由底部开始逐渐结晶。
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