专利名称：一种六工位旋转圆盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及冶金领域，具体涉及一种太阳能电池级多晶硅原位分凝模的载体一大直径六工位旋转圆盘。
背景技术：
太阳能是人类取之不尽，用之不竭的可再生能源，它不产生任何环境污染，是清洁 能源。1954年美国贝尔实验室研制出了世界第一块实用半导体太阳能电池。近半个世纪以 来，人们为太阳能电池的研究付出了巨大的努力。多晶硅是制备太阳能电池的原材料，是全 球电子工业及光伏产业的基石。它是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来，按照硅含量纯度 可分为太阳能级硅(6N)和电子级硅(IlN)。过去太阳能电池的硅材料主要来自电子级硅的 等外品以及单晶硅头尾料、埚底料等，年供应量很小。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电 池对多晶硅的需求量迅速增长，2008年太阳能级多晶硅的需求量已超过电子级多晶硅。目前，各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同。总的来 说，国际上多晶硅生产主要的传统工艺有改良西门子法、硅烷法和流化床法。其中，太阳能 级多晶硅的生产将仍然以改良西门子法为主。简述如下改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢)，氯化氢和工业硅粉在一 定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还 原炉内进行CVD反应生产高纯多晶硅。国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子 级与太阳能级多晶硅。硅烷法——娃烷热分解法硅烷(SiH4)是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法 等方法制取。然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。以前只 有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。但美国Asimi 和SGS公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。流化床法如西门子法合成SiHCl3后，将SiHCl3歧化反应生成二氯氢硅。该二氯氢硅再经 过歧化反应生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热 分解，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高， 从而电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。唯一的缺点是安全性差，危险性 大。其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。此法是美国联合碳化合物 公司早年研究的工艺技术。目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。此 法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。中国专利(CN1962436A)公开了一种太阳能级金属硅的提纯工艺，包括提纯炉抽 真空，向其中通入惰性气体，加入造渣剂，冷却至室温，并在冷却过程中将循环水注入坩埚 底部冷却盘，通过升降杆将坩埚慢慢降至提纯炉炉底，取出硅锭，切去表面杂质层。该方法使用了造渣剂，去除了金属硅中的部分杂质，但由于技术限制得到的多晶硅纯度只能达到 4N水平，无法满足太阳能级电池的需要。中国专利(CN1092602C)公开了一种由金属硅或氧化硅作为起始原料，通过一系 列的连续工序进行流水作业，廉价而且大量地生产作为制品的多晶硅和使用该多晶硅制造 基片的制造方法，包括将金属硅在减压下精炼，进而为了从熔体中除去杂质而进行凝固，获 得铸块；切除杂质；将剩余部分再熔化，然后在氧化性气氛中将硼和碳从熔体中氧化除去， 接着吹入氩气或氩和氢的混合气以进行脱氧；将上述脱氧后的熔体浇铸入铸模中进行定向 凝固，获得铸块；把通过定向凝固获得的铸块中的杂质浓集部分切除。该技术使用了造渣剂 和氧气结合的方法去除了金属硅中含有的碳，但是对于硼等金属杂质去除效果不好，影响 了太阳能电池的产业化。另外，采用的电子束设备价格昂贵，不利于产业化推广。中国专利(CN1873062A)公开了一种二次提纯法制备多晶硅的方法，但由于技术 限制得到的多晶硅纯度只能达到4N水平，无法满足太阳能级电池的需要。中国专利(CN101092741A)公开了一种制备太阳能级 多晶硅大锭的方法，包括加 入造渣剂，并通入水蒸气除硼，再将硅水倒入石墨磨具中，加热，调整温度使石墨磨具中硅 水的固液界面由表及里逐渐向中心移动。该方法使用了造渣剂，但由于技术限制得到的多 晶硅纯度只能达到4N水平，无法满足太阳能级电池的需要。国内金属硅厂，劳动强度大、劳动条件差。本实用新型设计人发明了一种圆盘，把 各原位分凝工序联系起来，为太阳能级多晶硅生产的机械化、自动化打下良好基础。不但符 合本产业的发展方向，而且大大改善了硅厂的劳动条件和工作环境。
发明内容本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供了一种大直径六工位旋转圆盘。 采用本实用新型六工位旋转圆盘可以使整个提纯过程做到无烟无尘，机械化，彻底改变金 属硅厂烟尘滚滚、火光冲天的恶劣环境。本实用新型一种六工位旋转圆盘，由铸铁旋转圆盘1、冷凝装置2、铸铁车轮3以及 圆形轨道4组成。铸铁旋转圆盘1边缘下方安装有铸铁车轮3，铸铁车轮3置于圆形轨道4上，铸铁 旋转圆盘1的直径为6 10米，优选8米。所述铸铁旋转圆盘1平均分成6个60°的扇形，每一个扇形为一个工位，每一个工 位上设有1个和/或多个分凝模，为顺利完成分凝提供便利条件。铸铁旋转圆盘1中心部位和边缘设有水冷却装置2，水压3. 5 5Kg/mm2，流量5 10m3/mino本实用新型所述六工位旋转圆盘工作方式如下熔硅法制备太阳能级多晶硅，将还原炉内流出的熔硅注入硅包内，利用氧化、卤化 等一系列手段去除其中的杂质硼等，将熔硅注入原位分凝模内，分凝模置于六工位的圆盘 上，圆盘每旋转60°，变动一次工位，完成分凝的一次操作，当圆盘旋转六次后，操作一个循 环，完成一次原位分凝。本实用新型所述六工位旋转圆盘技术效果是应用实用新型的圆盘，把各工序联系起来，为太阳能级多晶硅生产的机械化、自动化打下良好基础。不但符合本产业的发展方向，而且大大改善了工作条件和工作环境。
图1为六工位旋转圆盘侧视示意图。图2为六工位旋转圆盘俯视示意图。
具体实施方式
实施例1如图所示，将安装有铸铁车轮3的铸铁旋转圆盘1置于圆形轨道4上，铸铁旋转圆 盘1的中间和边缘安装有水冷却装置2。实施例2金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。 底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入原位分凝模内，开启强烈冷却水(水压4Kg/mm2，流量6m7min) ；4 小时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时 便可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金 属硅产品20吨。实施例3 金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。 底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入分凝模内，开启强烈冷却水(水压4.5Kg/mm2，流量8m7min) ；4小 时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时便 可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金属 硅产品20吨。实施例4金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。 底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入分凝模内，开启强烈冷却水(水压3.5Kg/mm2，流量5m7min) ；4小 时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时便 可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金属 硅产品20吨。实施例5金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。 底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入分凝模内，开启强烈冷却水(水压3.5Kg/mm2，流量4m7min) ；4小 时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时便 可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金属 硅产品20吨。实施例6[0037]金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。 底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入分凝模内，开启强烈冷却水(水压4.5Kg/mm2，流量5.5m7min) ；4 小时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时 便可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金 属硅产品20吨。实施例7金属硅还原炉，六工位旋转圆盘直径8米，每工位置放分凝模4台，呈四方形排列。底吹氧、顶吹特气的硅包2台，每台每次注入熔硅1. 0 1. 2吨。熔硅在完成氧化、卤化化 学提纯后，分别迅速注入分凝模内，开启强烈冷却水(水压5Kg/mm2，流量5.5m7min) ；4小 时后启动电力系统，步进旋转η/3角度，变动工位，第二次出炉，重复上述操作，24小时便 可完成一个循环。共注入熔硅24吨，分凝硅锭24锭。按成品率80%计算，可生产4Ν金属 硅产品20吨。
权利要求1.一种六工位旋转圆盘，由铸铁旋转圆盘(1)、冷凝装置(2)、铸铁车轮(3)和圆形轨道(4)组成，其特征在于，铸铁旋转圆盘(1)边缘下方安装有铸铁车轮(3)，铸铁车轮(3)置于圆形轨道(4)上，铸铁旋转圆盘(1)中心和边缘部位设有水冷却装置(2)。
2.如权利要求1所述的圆盘，其特征在于所述铸铁旋转圆盘(1)直径为6 10米。
3.如权利要求1所述的圆盘，其特征在于所述铸铁旋转圆盘(1)上每60°形成扇形， 设置一个工位。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能电池级多晶硅原位分凝用分凝模的载体——大直径六工位旋转圆盘。采用本实用新型六工位旋转圆盘可以使整个提纯过程实现机械化、自动化，使金属硅厂做到无烟无尘，大大改善现有硅厂的劳动条件和工作环境。
文档编号C01B33/037GK201574088SQ200920216569
公开日2010年9月8日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者刘彩池, 徐岳生, 李幼斌, 王海云, 王继炎, 郎益谦, 顾励生 申请人:天津希力斯新能源技术研发有限公司