一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐及鑄錠生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐及鑄錠生產(chǎn)工藝。其裝置包括爐體，爐體內(nèi)有石英坩堝，石英坩堝的外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有側(cè)部加熱器和保溫碳?xì)?，石英坩堝上方固定安裝有頂部加熱器，石英坩堝下方安裝有熱交換塊，側(cè)部加熱器沿環(huán)繞方向上等距安裝有導(dǎo)熱桿，導(dǎo)熱桿的另一端與爐體外頂部的電極棒固定相連。其工藝包括裝料抽真空，加氬氣升壓，加熱使硅料熔化，晶體長晶，退火保溫及冷卻降溫，加熱階段和硅料熔化階段，側(cè)部加熱器在石英坩堝的豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；長晶過程中，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝中部；退火保溫階段，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝下部。本發(fā)明能夠使鑄錠生產(chǎn)成本降低5%。
【專利說明】一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐及鑄錠生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐及鑄錠生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，這些晶粒接合起來便形成多晶硅。在太陽能光伏工業(yè)中生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的工藝包括多晶硅鑄錠、切割成片、制成電池片和封裝為太陽能組件，可見多晶硅鑄錠是太陽能光伏工業(yè)的重要組成部分，是生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的首個(gè)環(huán)節(jié)。其中多晶硅鑄錠工藝是采用多晶硅鑄錠爐完成的，其包括步驟:1)對單質(zhì)硅進(jìn)行加熱，直至單質(zhì)硅熔化；2)冷卻使熔融的單質(zhì)硅凝固，進(jìn)行長晶；3)退火處理，并冷卻。
[0003]目前，鑄錠生產(chǎn)中，普遍采用的是加熱器固定的鑄錠爐，頂部加熱器和側(cè)部加熱器與坩堝的相對位置也是固定的，這就導(dǎo)致了加熱器對于石英坩堝的直接加熱區(qū)域也是固定的，石英坩堝的下半部分溫度主要依靠上半部分硅料的熱傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)，因而熔化時(shí)間和退火時(shí)間較長。同時(shí)，傳統(tǒng)工藝的設(shè)備中，電極棒是固定安裝爐體上的，在加熱器和電極之間的連接處容易斷裂。
[0004]綜上，傳統(tǒng)工藝的熱場溫度分布不均勻，從而導(dǎo)致鑄錠質(zhì)量下降，光電轉(zhuǎn)換效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服上述不足問題，提供一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐及鑄錠生產(chǎn)工藝，通過導(dǎo)熱桿來控制側(cè)部加熱器，使側(cè)部加熱器在豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)熱場溫度；基于該裝置，在鑄錠的加熱階段和硅料熔化階段、長晶過程及退火階段調(diào)節(jié)側(cè)部加熱器相對石英坩堝的位置，來實(shí)現(xiàn)對溫度分布的有效控制，充分利用能量，從而實(shí)現(xiàn)高效鑄錠。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐，包括爐體，爐體內(nèi)有石英坩堝，石英坩堝的外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有側(cè)部加熱器和保溫碳?xì)?，石英坩堝上方固定安裝有頂部加熱器，石英坩堝下方安裝有熱交換塊，側(cè)部加熱器沿環(huán)繞方向上等距安裝有導(dǎo)熱桿，導(dǎo)熱桿的另一端與爐體外頂部的電極棒固定相連。
[0007]導(dǎo)熱桿有3~9根。每根導(dǎo)熱桿的上端都安裝有電極棒，導(dǎo)熱桿優(yōu)選為等靜壓石墨桿，這種石墨桿的硬度可以支持加熱器上下移動(dòng)。
[0008]一種采用側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐的鑄錠生產(chǎn)工藝，包括裝料抽真空，加氬氣升壓，加熱使硅料熔化，晶體長晶，退火保溫及冷卻降溫，加熱階段和硅料熔化階段，側(cè)部加熱器在石英坩堝的豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；長晶過程中，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝中部；退火保溫階段，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝下部。[0009]優(yōu)選方案如下:
[0010]側(cè)部加熱器往復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍為石英坩堝下部到石英坩堝中部。石英坩堝的頂部因?yàn)橛许敳考訜崞鳎③釄宓纳喜康臏囟瓤梢杂身敳考訜崞魈峁?，所以?cè)部加熱器不需要經(jīng)過石英坩堝的上部。
[0011]加熱階段的側(cè)部加熱器在豎直方向上運(yùn)動(dòng)速度為80~250mm/min，加熱時(shí)間為
5~8h0
[0012]熔化階段的側(cè)部加熱器在豎直方向上運(yùn)動(dòng)速度為60~130mm/min，加熱時(shí)間為8 ~12h。
[0013]在石英坩堝的上方有通氣口，通氣口固定安裝在爐體上，由通氣口向爐體內(nèi)通入氬氣作為保護(hù)氣；側(cè)部加熱器和頂部加熱器獨(dú)立存在，由兩個(gè)變壓器分別控制，其最大輸出功率都為80kw ;傳統(tǒng)工藝的設(shè)備中，電極棒是固定安裝在爐體上的，這種設(shè)計(jì)的加熱器與電極棒間的連接容易斷裂，本發(fā)明中將爐體外的電極棒固定安裝在導(dǎo)熱桿上則避免了這個(gè)不足；側(cè)部加熱器的移動(dòng)由程序控制電極棒和導(dǎo)熱桿，由導(dǎo)熱桿帶動(dòng)側(cè)部加熱器從而上下移動(dòng)。
[0014]本發(fā)明通過控制電極棒和導(dǎo)熱桿，從而帶動(dòng)側(cè)部加熱器的上下移動(dòng)，來保證鑄錠從上至下的溫度均勻分布，能夠減少位錯(cuò)缺陷，提高鑄錠質(zhì)量。同時(shí)節(jié)省整個(gè)鑄錠周期的時(shí)間3~5h，使鑄錠生產(chǎn)成本降低5%。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝 置示意圖。
[0016]圖中，1、通氣口，2、爐體，3、頂部加熱器，4、側(cè)部加熱器，5、保溫碳?xì)郑?、石英坩堝，
7、熱交換塊，8、硅料，9、導(dǎo)熱桿，10、電極棒。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于具體實(shí)施例。
[0018]實(shí)施例1:
[0019]1、裝料抽真空、開始加熱:將450Kg硅料8裝入石英坩堝6內(nèi)，抽真空到0.5Pa，由通氣口 I通入氬氣作為保護(hù)氣，打開頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4加熱，側(cè)部加熱器4沿環(huán)繞方向上等距安裝有3根導(dǎo)熱桿9，導(dǎo)熱桿9上端與爐體2外頂部的電極棒10固定安裝，導(dǎo)熱桿9帶動(dòng)側(cè)部加熱器4在石英坩堝6的中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為80_/min,運(yùn)動(dòng)5h后，硅料8的溫度逐漸達(dá)到1550°C。
[0020]2、熔化階段:使?fàn)t體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在40KPa，保持硅料8溫度為1550°C并且保溫8h，直至硅料8全部熔化結(jié)束。在此過程中，側(cè)部加熱器4從石英坩堝6中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為60mm/min，運(yùn)動(dòng)8h后，將側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6中部位置。
[0021]3、長晶階段:爐體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在50kPa，使硅料8的溫度從1550°C經(jīng)0.5h降低到1425°C后開始長晶。在長晶過程中，硅料8的溫度經(jīng)22h，由1425°C降低到1410°C后長晶結(jié)束，形成硅錠?？刂茖?dǎo)熱桿9，帶動(dòng)側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6的底部位置。
[0022]4、退火階段:壓強(qiáng)保持在50kPa，控制硅錠在1320°C的溫度下保持2h，使晶錠能夠溫度均勻，從而減小熱應(yīng)力。側(cè)部加熱器4始終保持在石英坩堝6底部，使整個(gè)硅錠溫度達(dá)到一致。
[0023]5、冷卻階段:關(guān)閉頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4，壓強(qiáng)保持在90kPa，自然冷卻時(shí)間為llh，當(dāng)硅錠溫度逐漸降低到300°C后取出硅錠。
[0024] 實(shí)施例2: [0025]1、裝料抽真空、開始加熱:將500Kg硅料8裝入石英坩堝6內(nèi)，抽真空到0.7Pa，由通氣口 I通入氬氣作為保護(hù)氣，打開頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4加熱，側(cè)部加熱器4沿環(huán)繞方向上等距安裝有6根導(dǎo)熱桿9，導(dǎo)熱桿9上端與爐體2外頂部的電極棒10固定安裝，導(dǎo)熱桿9帶動(dòng)側(cè)部加熱器4在石英坩堝6的中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為150_/min,運(yùn)動(dòng)6h后，硅料8的溫度逐漸達(dá)到1555°C。
[0026]2、熔化階段:使?fàn)t體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在50KPa，保持硅料8溫度為1555°C并且保溫10h，直至硅料8全部熔化結(jié)束。在此過程中，側(cè)部加熱器4從石英坩堝6中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為100mm/min，運(yùn)動(dòng)IOh后，將側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6中部位置。
[0027]3、長晶階段:爐體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在60kPa，使硅料8的溫度從1555°C經(jīng)0.7h降低到1427°C后開始長晶。在長晶過程中，硅料8的溫度經(jīng)23h，由1427°C降低到1413°C后長晶結(jié)束，形成硅錠?？刂茖?dǎo)熱桿9，帶動(dòng)側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6的底部位置。
[0028]4、退火階段:壓強(qiáng)保持在50kPa，控制硅錠在1350°C的溫度下保持3h，使晶錠能夠溫度均勻，從而減小熱應(yīng)力。側(cè)部加熱器4始終保持在石英坩堝6底部，使整個(gè)硅錠溫度達(dá)到一致。
[0029]5、冷卻階段:關(guān)閉頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4，壓強(qiáng)保持在95kPa，自然冷卻時(shí)間為12h，當(dāng)硅錠溫度逐漸降低到350°C后取出硅錠。
[0030]實(shí)施例3:
[0031]1、裝料抽真空、開始加熱:將550Kg硅料8裝入石英坩堝6內(nèi)，抽真空到IPa，由通氣口 I通入氬氣作為保護(hù)氣，打開頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4加熱，側(cè)部加熱器4沿環(huán)繞方向上等距安裝有9根導(dǎo)熱桿9，導(dǎo)熱桿9上端與爐體2外頂部的電極棒10固定安裝，導(dǎo)熱桿9帶動(dòng)側(cè)部加熱器4在石英坩堝6的中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為250_/min,運(yùn)動(dòng)8h后，硅料8的溫度逐漸達(dá)到1560°C。
[0032]2、熔化階段:使?fàn)t體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在60KPa，保持硅料8溫度為1560°C并且保溫12h，直至硅料8全部熔化結(jié)束。在此過程中，側(cè)部加熱器4從石英坩堝6中部到下部間進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度為130mm/min，運(yùn)動(dòng)12h后，將側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6中部位置。
[0033]3、長晶階段:爐體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在70kPa，使硅料8的溫度從1560°C經(jīng)Ih降低到1430°C后開始長晶。在長晶過程中，硅料8的溫度經(jīng)24h，由1430°C降低到1415°C后長晶結(jié)束，形成硅錠?？刂?根導(dǎo)熱桿9，帶動(dòng)側(cè)部加熱器4移動(dòng)到石英坩堝6的底部位置。
[0034]4、退火階段:壓強(qiáng)保持在70kPa，控制硅錠在1370°C的溫度下保持3h，使晶錠能夠溫度均勻，從而減小熱應(yīng)力。側(cè)部加熱器4始終保持在石英坩堝6底部，使整個(gè)硅錠溫度達(dá)到一致。
[0035]5、冷卻階段:關(guān)閉頂部加熱器3和側(cè)部加熱器4，壓強(qiáng)保持在IOOkPa,自然冷卻時(shí)間為12h，當(dāng)硅錠溫度逐漸降低到400°C后取出硅錠。[0036]綜 上所述，本發(fā)明能夠減少位錯(cuò)缺陷，提高鑄錠質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省整個(gè)鑄錠周期的時(shí)間3~5h，使鑄錠生產(chǎn)成本降低5%。
【權(quán)利要求】
1.一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐，包括爐體，爐體內(nèi)有石英坩堝，石英坩堝的外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞有側(cè)部加熱器和保溫碳?xì)郑③釄迳戏焦潭ò惭b有頂部加熱器，石英坩堝下方安裝有熱交換塊，其特征在于側(cè)部加熱器沿環(huán)繞方向上等距安裝有導(dǎo)熱桿，導(dǎo)熱桿的另一端與爐體外頂部的電極棒固定相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐，其特征在于:導(dǎo)熱桿有3~9根。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐的鑄錠生產(chǎn)工藝，包括裝料抽真空，加氬氣升壓，加熱使硅料熔化，晶體長晶，退火保溫及冷卻降溫，其特征在于加熱階段和硅料熔化階段，側(cè)部加熱器在石英坩堝的豎直方向上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；長晶過程中，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝中部；退火保溫階段，側(cè)部加熱器保持在石英坩堝下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐的鑄錠生產(chǎn)工藝，其特征在于側(cè)部加熱器往復(fù)運(yùn)動(dòng)范圍為石英坩堝底部到石英坩堝中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐的鑄錠生產(chǎn)工藝，其特征在于加熱階段的側(cè)部加熱器在豎直方向上運(yùn)動(dòng)速度為80~250mm/min，加熱時(shí)間為5~8h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用側(cè)部加熱器可移動(dòng)的鑄錠爐的鑄錠生產(chǎn)工藝，其特征在于熔化階段的側(cè)部加熱器在豎直方向上運(yùn)動(dòng)速度為60~130mm/min，加熱時(shí)間為8~12h。
【文檔編號】C30B11/00GK103572365SQ201310547113
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王峰, 李鵬廷, 譚毅, 任世強(qiáng), 熊華江, 安廣野, 姜大川 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司