CN110016716A - 一种多边形多晶硅铸锭装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多边形多晶硅铸锭装置。多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼、隔热笼保温毡、加热器、石英坩埚和石墨坩埚组件，所述石墨坩埚组件在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，在所述石墨坩埚组件内排列设置石英坩埚，所述加热器环绕所述石墨坩埚组件的周边设置，所述隔热笼保温毡环绕设置在所述加热器的外围，所述钢笼套置在所述隔热笼保温毡的外侧。该多边形多晶硅铸锭装置能耗低，产能高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能多晶硅生产设备技术领域，具体涉及一种多边形多晶硅铸锭装置。
背景技术
多晶铸锭是生产多晶硅片的主流方式之一，普遍应用于全球多晶硅片的生产制造。传统的多晶铸锭装置包括石墨坩埚组件、热场加热器、隔热笼保温毡以及升降机构，石墨坩埚组件所围护的石英坩埚用于盛放硅材料，在石墨坩埚组件的四周环绕设置热场加热器，热场加热器用于提供熔融硅材料的热量，隔热笼保温毡设置在热场加热器的四周，以阻隔内部热量散失。隔热笼保温毡设置在钢笼内，钢笼与升降机构连接，并在升降机构的带动下升起或降下，隔热笼保温毡上下移动控制石墨坩埚组件内硅材料的温度，使硅材料由石墨坩埚的底部向上逐渐结晶生长，从而获得具有一定方向和晶格排布的晶体结构。
近年来国内市场对多晶硅片的需求增速迅猛，多晶硅片生产企业的产能压力较大，同时，由于同类竞争产品单晶硅成本的下降，多晶硅片生产企业在扩产的同时需要严格控制成本。因此，各大多晶硅片生产企业迫切需要以最低成本限度，释放出最大产能的生产装置。单炉生产的多晶铸锭从最早的G4逐渐升级到G5和G6，投料量由270kg/炉，扩大到目前1200kg/炉。
然而，目前的石墨坩埚组件为方形结构，受炉型规格以及热场加热器的结构和设置方式的限制，导致许多多晶铸锭装置只能生产G6的多晶硅锭，很大程度上限制了多晶铸锭装置的产能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多边形多晶硅铸锭装置，用以解决现有多晶硅铸锭装置产能低的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种多边形多晶硅铸锭装置，所述多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼、隔热笼保温毡、加热器、石英坩埚和石墨坩埚组件，所述石墨坩埚组件在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，在所述石墨坩埚组件内排列设置石英坩埚，所述加热器环绕所述石墨坩埚组件的周边设置，所述隔热笼保温毡环绕设置在所述加热器的外围，所述钢笼套置在所述隔热笼保温毡的外侧。
优选地，所述钢笼的内侧的宽度为1652mm×1652mm，所述钢笼的内侧的最大对角尺寸为1786mm。
其中，所述加热器包括四个面加热器和四个角加热器，所述四个面加热器两两相对设置，所述角加热器设置在两个相邻所述面加热器之间，并将两个相邻所述面加热器电连接，形成八边形结构的加热器，而且，相对设置的两个所述面加热器之间的内侧距离为1376mm，相对设置的两个所述角加热器之间的内侧距离为1535mm。
优选地，所述石墨坩埚组件包括一个石墨坩埚护板、一个石墨坩埚盖板和一个石墨坩埚底板，所述石墨坩埚护板设置在所述石英坩埚的外围，并在垂直所述石墨坩埚组件的轴线的截面上环绕成八边形形状，所述石墨坩埚盖板设置在所述石墨坩埚护板的顶部，所述石墨坩埚底板设置在所述石墨坩埚护板的底部。
优选地，所述石墨坩埚护板的相对面距离为1300mm，对角距离为1435mm。
优选地，在所述钢笼的顶部和低部设置四角梁式钣金，所述四角梁式钣金通过螺栓和螺母固定于所述钢笼的顶部和低部。
优选地，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括热交换组件，所述热交换组件设置在所述石墨坩埚组件的底部，用于控制所述石墨坩埚组件底部的温度。
优选地，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括底保温毡，所述底保温毡设置在所述热交换组件的下方。
优选地，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括碳碳复合材料板，所述碳碳复合材料板设置在所述底保温毡的上表面；
或者，对所述底保温毡的表面进行硬化处理，以增强所述底保温毡的隔离性。
本发明具有如下优点：
本发明提供的多边形多晶硅铸锭装置，将石墨坩埚组件在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，在石墨坩埚组件内紧密排列设置石英坩埚，一方面，提高了钢笼内部空间的利用率，从而提高了多晶硅铸锭装置的产能；另一方面，可以使环绕石墨坩埚组件设置的加热器的热场温度更均匀，从而提高多晶硅铸锭的质量。另外，本发明提供的多晶硅铸锭装置可以在现有设备的基础上，仅对钢笼内部结构进行改造即可提高产能和质量，改造成本低。
附图说明
图1本发明实施例提供的多边形多晶硅铸锭装置的结构示意图；
图2为发明实施例提供的多边形多晶硅铸锭装置的在中部位置的俯视图；
图3为本发明实施例提供的多边形多晶硅铸锭装置中钢笼的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的多边形多晶硅铸锭装置中加热器的结构示意图。
附图标号：
1-钢笼，11-钢笼本体，12-四角梁式钣金，2-隔热笼保温毡，3-加热器，31-面加热器，32-四个角加热器，4-石墨坩埚组件，40-石墨坩埚护板，41-石英坩埚，42-石墨坩埚盖板，43-石墨坩埚底板，5-热交换组件，6-底保温毡，7-炉壳。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种多边形多晶硅铸锭装置。如图1和图2所示，该多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼1、隔热笼保温毡2、加热器3、石墨坩埚组件4和石英坩埚41，石墨坩埚组件4用于围护石英坩埚41，石英坩埚41盛放硅材料。加热器3环绕石墨坩埚组件4的四周设置，加热器3用于提供熔融硅材料的热量。隔热笼保温毡2环绕设置在加热器3的外围，用于阻隔内部热量散失。钢笼1套置在隔热笼保温毡2的外侧。
在本实施例中，石墨坩埚组件4在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，即石墨坩埚组件4增加了边部的数量，但减小了边部的尺寸，同时纵向(深度)尺寸不变，能够有效地增加小方锭的数量，提高钢笼内部空间的利用率，从而提高了多晶硅铸锭装置的产能，产量可以由原先的850kg提高至1100kg。此外，八边形的石墨坩埚组件4可以使加热器3的热场温度更均匀，尤其缩小了角部温度和边部温度的温度差，从而提高多晶硅铸锭的质量。
优选地，石墨坩埚组件4包括一个石墨坩埚护板40、一石墨坩埚盖板42和一石墨坩埚底板43，石墨坩埚护板40在垂直石墨坩埚组件4的轴线的截面上围城八边形形状，石墨坩埚盖板42设置在石墨坩埚护板40的顶部，石墨坩埚底板43设置在石墨坩埚护板40的底部，石墨坩埚护板40设置在石英坩埚41的外围，用于对石英坩埚41进行防护，即石英坩埚41共用一个石墨坩埚护板40，一个石墨坩埚盖板42和石墨坩埚底板43。石英坩埚40紧密排列设置在石墨坩埚护板40的内侧，石墨坩埚盖板42和石墨坩埚底板43可以使热量聚集在石英坩埚41内，以提高多晶硅的生长质量。石墨坩埚组件4在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，可以将硅锭的数量由现有的36个增加到45个，大大提高钢笼1内部空间的利用率，提高了产能。
在本实施例中，石墨坩埚组件4的形状为八边形结构，石墨坩埚护板40环绕设置在石英坩埚41的外围，因此，石墨坩埚护板40为八边形结构，具体包括四个边部以及连接相邻边部的四个角部。石墨坩埚护板40的相对面距离为1300mm，对角距离为1435mm，换言之，石墨坩埚护板40的两个相对边部内侧之间的距离为1300mm，八边形的对角距离为1435mm。
如图3所示，钢笼1包括钢笼本体11和四角梁式钣金12，四角梁式钣金12设置在钢笼本体11的顶部和低部，而且，四角梁式钣金12通过通用的螺栓和螺母以及通用的方式固定于钢笼1的顶部和底部。四角梁式钣金12可以提高钢笼本体11的强度和刚性，从而提高多晶硅铸锭装置的使用寿命。
在本实施例中，钢笼1的尺寸为：钢笼1的内侧的宽度为1652mm×1652mm，钢笼1的内侧的最大对角尺寸为1786mm。
如图4所示，加热器3包括四个面加热器31和四个角加热器32，四个面加热器31两两相对设置，角加热器32设置在两个相邻面加热器31之间，并将两个相邻面加热器31电连接，从而形成八边形结构的加热器3。而且，相对设置的两个面加热器31之间的内侧距离为1376mm，相对设置的两个角加热器32之间的内侧距离为1535mm。本实施例中，加热器31适用于全熔、半熔高效率热场工艺。
需要说明的是，在本实施例中，钢笼1的尺寸可以是企业原有的多晶硅铸锭装置中钢笼的尺寸，加热器3和石墨坩埚护板40的尺寸根据钢笼1的尺寸调节，这里仅是为了更好的描述本发明而列举的钢笼1、加热器3和石墨坩埚护板的尺寸。
在本实施例中，多边形多晶硅铸锭装置还包括炉壳7，炉壳7嵌置在钢笼1的外侧，炉壳7用于为钢笼1提供支撑、固定和保护作用。
实施例2
本实施例提供一种多边形多晶硅铸锭装置。如图1和图2所示，该多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼1、隔热笼保温毡2、加热器3、石墨坩埚组件4、石英坩埚41和热交换组件5，石墨坩埚组件4用于围护石英坩埚41，石英坩埚41盛放硅材料。加热器3环绕石墨坩埚组件4的四周设置，加热器3用于提供熔融硅材料的热量。隔热笼保温毡2环绕设置在加热器3的外围，用于阻隔内部热量散失。热交换组件5设置在石墨坩埚组件4的底部，用于控制所述石墨坩埚组件底部的温度。钢笼1套置在隔热笼保温毡2的外侧。热交换组件5增加了石墨坩埚组件4底部温度的控制能力，使多晶硅的生长更可控，从而提高多晶硅的质量。热交换组件5采用目前市场上销售的任意热交换组件5均可，只需要满足尺寸要求。
本实施例的其它结构与实施例1完全相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例提供一种多边形多晶硅铸锭装置。如图1和图2所示，该多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼1、隔热笼保温毡2、加热器3、石墨坩埚组件4、石英坩埚41、热交换组件5和底保温毡6，石墨坩埚组件4用于围护石英坩埚41，石英坩埚41盛放硅材料。加热器3环绕石墨坩埚组件4的四周设置，加热器3用于提供熔融硅材料的热量。隔热笼保温毡2环绕设置在加热器3的外围，用于阻隔内部热量散失。热交换组件5设置在石墨坩埚组件4的底部，用于控制所述石墨坩埚组件底部的温度。底保温毡6设置在热交换组件5的下方，底保温毡6可以减少热量从石墨坩埚组件4的底部丧失，从而提高加工多晶硅的效率。钢笼1套置在隔热笼保温毡2的外侧。
优选地，在底保温毡6的上表面设置碳碳复合材料板，或者，对底保温毡6的表面进行硬化处理，以增强底保温毡6的隔离性，即增强底保温毡6的不渗透性。当石英坩埚发生溢流时，避免溢出的硅材料渗入底保温毡6内导致不能及时发现问题，及时报警，从而可有效地防止因漏硅引起炉体击穿等安全事故的发生，进而提高生产的安全性。
上述实施例1至实施例3提供的多边形多晶硅铸锭装置，将石墨坩埚组件在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，在石墨坩埚组件内紧密排列设置石英坩埚，一方面，提高了钢笼内部空间的利用率，从而提高了多晶硅铸锭装置的产能；另一方面，可以使环绕石墨坩埚组件设置的加热器的热场温度更均匀，从而提高多晶硅铸锭的质量。另外，本发明提供的多晶硅铸锭装置可以在现有设备的基础上，仅对钢笼内部结构进行改造即可提高产能和质量，改造成本低。
而且，该多边形多晶硅铸锭装置单炉装料量1100kg，比现有原方形结构的石墨坩埚组件4的装料量多250kg；单位能耗为6.5度/kg，比现有方形结构的石墨坩埚组件4的能耗降低0.5度/kg。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述多边形多晶硅铸锭装置包括钢笼、隔热笼保温毡、加热器、石英坩埚和石墨坩埚组件，所述石墨坩埚组件在垂直其轴线的截面上的形状为八边形，在所述石墨坩埚组件内排列设置石英坩埚，所述加热器环绕所述石墨坩埚组件的周边设置，所述隔热笼保温毡环绕设置在所述加热器的外围，所述钢笼套置在所述隔热笼保温毡的外侧。
2.根据权利要求1所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述钢笼的内侧的宽度为1652mm×1652mm，所述钢笼的内侧的最大对角尺寸为1786mm。
3.根据权利要求2所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述加热器包括四个面加热器和四个角加热器，所述四个面加热器两两相对设置，所述角加热器设置在两个相邻所述面加热器之间，并将两个相邻所述面加热器电连接，形成八边形结构的加热器，而且，相对设置的两个所述面加热器之间的内侧距离为1376mm，相对设置的两个所述角加热器之间的内侧距离为1535mm。
4.根据权利要求3所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述石墨坩埚组件包括一个石墨坩埚护板、一个石墨坩埚盖板和一个石墨坩埚底板，所述石墨坩埚护板设置在所述石英坩埚的外围，并在垂直所述石墨坩埚组件的轴线的截面上环绕成八边形形状，所述石墨坩埚盖板设置在所述石墨坩埚护板的顶部，所述石墨坩埚底板设置在所述石墨坩埚护板的底部。
5.根据权利要求4所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述石墨坩埚护板的相对面距离为1300mm，对角距离为1435mm。
6.根据权利要求1所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，在所述钢笼的顶部和底部设置四角梁式钣金，所述四角梁式钣金通过螺栓和螺母固定于所述钢笼的顶部和底部。
7.根据权利要求1所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括热交换组件，所述热交换组件设置在所述石墨坩埚组件的底部，用于控制所述石墨坩埚组件底部的温度。
8.根据权利要求7所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括底保温毡，所述底保温毡设置在所述热交换组件的下方。
9.根据权利要求7所述的多边形多晶硅铸锭装置，其特征在于，所述多边形多晶硅铸锭装置还包括碳碳复合材料板，所述碳碳复合材料板设置在所述底保温毡的上表面；
或者，对所述底保温毡的表面进行硬化处理，以增强所述底保温毡的隔离性。
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