控制硅锭铸造中结晶速度的方法

文档序号:8075045阅读:321来源:国知局
控制硅锭铸造中结晶速度的方法
【专利摘要】本发明公开了一种控制硅锭铸造中结晶速度的方法。该方法包括采用铸锭炉进行结晶,结晶的过程包括多个工艺控制步骤,至少一个工艺控制步骤中铸锭炉按照预设的铸锭炉的输出功率运行以控制铸锭炉的热场内的热量。应用本发明的技术方案,控制光伏行业中硅锭铸造中结晶速度,改变现有PID控制器两步计算法,直接向控制器设定功率大小,避免了两步算法的滞后性,通过预设功率控制热场内稳定长晶所需的热量,从而使硅液结晶速度可控,稳定硅液结晶质量,避免了因温度控制再去计算输出功率的滞后性。
【专利说明】控制硅锭铸造中结晶速度的方法【技术领域】[0001]本发明涉及光伏制造领域,具体而言,涉及一种控制硅锭铸造中结晶速度的方法。 【背景技术】[0002]目前光伏行业发展迅速,多晶铸锭炉已有多种热场形式,不同热场针对特有铸造方法设计,在铸造多晶硅锭工艺上有很大不同。但无论铸锭工艺如何变化调整,其铸锭的五个过程没有大的变化,即:加热、熔化、结晶生长、退火、冷却五个步骤。[0003]以精功500N型铸锭炉为例,如图1所示,包括:散热台10,石墨材质,具有良好的热传导性,用于承载硅料、装载硅料的石英坩埚以及石墨侧面护板20和石墨底板30,硅液结晶时通过散热台10将热量辐射到底部的水冷铜盘上;百叶窗40,位于散热台10底部,共四片百叶,由隔热材料组成,每片百叶都可以向下旋转90°C,在百叶窗打开过程中,散热台 10热量通过百叶窗40窗口将热量辐射到底部水冷铜盘上,保证坩埚50内的熔融硅料在结晶过程中能够将热量散发出去;隔热层60,钢架结构,框架内由多块石墨硬毡材质保温板拼接组装,用于热场内保温;隔热挡板70,位于热场内部,由一圈保温硬毡构成,通过提升吊杆可以升降;加热器80,设置坩埚50的上方,隔热层90,设置在隔热挡板70的下方,以及顶部测温点51和底部测温点52 ;水冷铜盘,位于热场底部散热台10正下端,百叶打开后, 百叶位置形成散热窗口,从而使散热台10的热量可以直接传到到水冷铜盘表面,从而使散热台10迅速降温,硅液底部形成过冷度,硅液开始散热结晶,水冷铜盘底部缠绕冷却水铜管,上部由厚度为30毫米,变长为1000毫米的正方实体铜质铜板制作而成,铜质铜板导热率很大,利于热量快速传导。[0004]在硅液结晶生长阶段,散热台10下部的百叶窗40逐步打开,形成散热窗口,散热台10通过散热窗口将硅液内的热量辐射出去使硅液底部开始降温,随着百叶角度逐渐变大,散热台10向外辐射热量也逐渐变大,当热量合适时,从硅液底部开始成核,晶核逐步结晶变大,开始竖直方向向上生长,当硅液全部结晶后完成整个结晶过程。[0005]如图1所示,百叶位于散热台10正下方,百叶窗40由四块可转动保温百叶条组成,百叶条可在(TC至90°C转动,用以开关百叶窗口,百叶及隔热层90均采用隔热效果良好的石墨硬毡拼接而成,用以保持热场内部的热量,使热量只能通过散热窗口散失,百叶窗40 打开后,热量通过散热台10直接辐射到底部水冷铜盘上,从而为硅锭的竖直方向定向结晶提供竖直方向温度梯度。[0006]现有铸锭炉460kg硅锭结晶阶段运行工艺描述如下:[0007]结晶:在40小时内完成整个硅液结晶过程,工艺过程设置如表1:[0008]表1[0009]
【权利要求】
1.一种控制硅锭铸造中结晶速度的方法,包括采用铸锭炉进行结晶,所述结晶的过程包括多个工艺控制步骤,其特征在于,至少一个所述工艺控制步骤中所述铸锭炉按照预设的铸锭炉的输出功率运行以控制所述铸锭炉的热场内的热量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述铸锭炉包括:侧部隔热层(60);底部隔热层(90),呈环状,所述环状的内环位置设置有百叶窗(40),所述底部隔热层(90)与所述侧部隔热层(60)共同围成一个腔体;坩埚(50),设置在所述腔体内;加热器(80),设置在所述坩埚(50)的上方;隔热挡板(70),设置在所述底部隔热层(90)与所述侧部隔热层(60)相接处,且朝向所述腔体心延伸;水冷铜盘(100),设置在所述百叶窗(40)的下方;顶部测温点(51),设置在所述侧部隔热层(60)与所述坩埚(50)之间,且位于所述腔体的顶部的1/4~1/5处;控制器,用于控制所述铸锭炉的输出功率,在所述铸锭炉按照预设的铸锭炉的输出功率运行之前,所述方法还包括确定相应的所述工艺控制步骤中预设的所述铸锭炉的输出功率的步骤,所述预设的所述铸锭炉的输出功率是根据硅锭铸造中结晶段所述水冷铜盘(100)进出水温度差值所带走的热量、硅液结晶散发的热量来计算硅液平稳结晶所需的热量,再结合所述所需的热量计算确定的。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述铸锭炉为精工500N型铸锭炉,所述方法包括以下步骤:第一步:所述百叶窗(40)的百叶开度为22~28度角,所述顶部测温点(51)温度维持超过硅液的熔点温度,时间为30~60分钟;第二步:在所述第一步基础上继续匀速打开所述百叶窗(40)至百叶开度为32~38度角,维持所述顶部测温点温度低于所述第一步中所述顶部测温点温度O~5°C,时间为30~ 60分钟;第三步,控制所述铸锭炉的输出功率为51~59kw,所述百叶开度为42~48度角,时间为240~300分钟;第四步,控制所述铸锭炉的输出功率为56~64kw,所述百叶开度为57~63度角,时间为240~300分钟;第五步,控制所述铸锭炉的输出功率为61~69kw,所述百叶开度为84~90度角,时间为240~300分钟;第六步,控制所述铸锭炉的输出功率为66~74kw,所述百叶开度为84~90度角,时间为240~300分钟;第七步,保证所述硅液的顶部液面温度低于硅熔点温度,所述顶部测温点温度为 1410~1418°C,时间为180~240分钟。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步:所述百叶窗(40)的百叶开 度为23~27度角,所述顶部测温点(51)温度维持超过硅液的熔点温度,时间为30~40分钟;第二步:在所述第一步基础上继续匀速打开所述百叶窗(40)至百叶开度为33~37度角,维持所述顶部测温点温度低于所述第一步中所述顶部测温点温度O~5°C,时间为30~40分钟; 第三步,控制所述铸锭炉的输出功率为53~57kw,所述百叶开度为43~47度角,时间为240~270分钟; 第四步,控制所述铸锭炉的输出功率为58~62kw,所述百叶开度为58~62度角,时间为240~270分钟; 第五步,控制所述铸锭炉的输出功率为63~67kw,所述百叶开度为76~80度角,时间为240~270分钟; 第六步,控制所述铸锭炉的输出功率为68~72kw,所述百叶开度为76~80度角,时间为240~270分钟; 第七步,保证所述硅液的顶部液面温度低于硅熔点温度,所述顶部测温点温度为1410~1418°C,时间为180~240分钟。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,包括以下步骤: 第一步:百叶开度25度角,硅液底部开始散热,顶部测温点温度维持超过所述硅液熔点温度,保持硅液顶部不结晶,时间为30分钟; 第二步:在所述第一步基础上继续匀速打开所述百叶至35度角,所述顶部测温点温度设定同略微降低,时间为30分钟; 第三步,控制所述铸锭炉的输出功率为55kw,所述百叶开度为45度角,时间为240分钟; 第四步,控制所述铸锭炉的输出功率为60kw,所述百叶开度为65度角,时间为240分钟; 第五步,控制所述铸锭炉的输出功率为65kw,所述百叶开度为90度角,时间为240分钟; 第六步,控制所述铸锭炉的输出功率为70kw,所述百叶开度为90度角,时间为240分钟; 第七步,保证所述硅液的顶部液面温度低于硅熔点温度,所述顶部测温点温度设定略低于硅熔点温度,时间为180分钟。
【文档编号】C30B29/06GK103603032SQ201310574258
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】李孟, 方军杰, 周秉林, 魏景拓 申请人:英利集团有限公司
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