提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多晶硅定向凝固装置，具体涉及一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，包括炉体，炉体内放置有石英坩埚，石英坩埚外壁由内向外依次环绕设置有石墨发热体、保温套筒和感应线圈，石英坩埚底部设置有与炉体底部通连的水冷拉锭机构，其特征在于保温套筒的高度为石英坩埚高度的1.5～2倍。本实用新型所具有的有益效果是：此装置能够实现硅熔体的定向生长，能够很好的实现定向凝固去除多晶硅中金属性杂质的目的。使用该装置能够很好的将石英坩埚侧壁在下拉过程中的热辐射拦截，有效的降低了侧壁的辐射散热，使定向凝固效果较常规定向凝固方式更好。侧壁向中心方向生长的晶粒相对于常规装置减少90%以上。
【专利说明】提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多晶硅定向凝固装置，具体涉及一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置。
【背景技术】
[0002]目前，我国已成为世界能源生产和消费大国，但人均能源消费水平还很低。随着经济和社会的不断发展，我国能源需求将持续增长，针对目前的能源紧张状况，世界各国都在进行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促进可再生能源的开发和应用，减少对进口石油的依赖，加强能源安全。
[0003]作为可再生能源的重要发展方向之一的太阳能光伏发电近年来发展迅猛，其所占比重越来越大。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，中国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW (百万千瓦)，到2050年将达到600GW。预计到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。预计2030年之前，中国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。
[0004]太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。在对多晶硅原料进行提纯的过程中，存在一个关键的、必不可少的环节，就是对多晶硅原料进行定向凝固提纯，所用到的定向凝固技术广泛应用于冶金提纯领域。利用多晶硅原料中硅与金属杂质之间的分凝系数存在较大差异的这一特点，在凝固过程中，石英坩埚底端的硅液首先开始凝固，为达到分凝平衡，分凝系数小的杂质从凝固的硅中向液态不断扩散分离出来而聚集在液态，随着凝固不断进行，金属杂质在液态中的浓度越来越高，最后在铸锭的顶端凝固下来，凝固完成后在较高温度下保温一段时间，使各成分充分扩散以达到分凝平衡，最后将金属杂质含量较闻的一端去除，得到提纯的多晶娃铸淀。
[0005]目前定向凝固技术基本上都采用石英坩埚下拉的方式使多晶硅定向凝固，下拉是将石英坩埚逐渐拉出热场区域，由于目前保温套筒的高度和石英坩埚基本一致，所以下拉的石英坩埚部分暴露在炉体中，会像周围散发大量的热量，导致下拉部分的石英坩埚外壁温度小于中心温度，该方式会存在多晶硅沿着侧壁朝向中心生长，导致多晶硅中的金属性杂质向从四周向中心富集，轻则影响定向凝固除杂效果，重则导致定性凝固提纯多晶硅失败。
实用新型内容
[0006]根据以上现有技术的不足，本实用新型提出一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，使多晶硅在定向凝固过程中一直处于保温状态，可实现多晶硅在凝固中完全自下而上的定向生长，提高了多晶硅在定向凝固中的除杂效果。
[0007]本实用新型所述的一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，包括炉体，炉体内放置有石英坩埚，石英坩埚外壁由内向外依次环绕设置有石墨发热体、保温套筒和感应线圈，石英坩埚底部设置有与炉体底部通连的水冷拉锭机构，保温套筒的高度为石英坩埚高度的1.5?2倍。
[0008]其中，石英坩埚和水冷拉锭机构之间优选设置有石墨托板，由于石英坩埚底部受到循环水冷，所以会受到比较大的热冲击，容易损坏石英坩埚，因此在石英坩埚和水冷拉锭机构之间设置有石墨托板，防止热冲击造成石英坩埚的爆裂。
[0009]保温套筒的高度优选为石英坩埚高度的2倍，当保温套筒的高度为石英坩埚高度2倍的时候，可以保证多晶硅在定向凝固过程中一直处于保温套筒的包围区域内。
[0010]本实用新型的工作过程如下:
[0011]( I)将硅料放置于石英坩埚内，开启机械泵、罗茨泵对炉体抽真空。
[0012](2)开启感应线圈，对石墨发热体作用，使石英坩埚内硅料升温熔化形成硅熔体。
[0013](3)保温后，依次关闭罗茨泵和机械泵。向炉体内充入氩气，启动水冷拉锭机构；
[0014](4)石英坩埚下拉之前，先将热电偶位于石英坩埚外底部悬空放置，实时监测硅的熔体与固体界面温度，当显示的温度高于1414°C时，持续增加冷却水流量，当温度低于1414°C时，减小冷却水量，使硅熔体的冷却速度和水冷拉锭机构的下降速度一致。
[0015](5)直至硅熔体完全被冷却凝固后，停止对感应线圈通电，停止水冷拉锭机构电机运转，操作结束。
[0016]本实用新型所具有的有益效果是:此装置能够实现硅熔体的定向生长，能够很好的实现定向凝固去除多晶硅中金属性杂质的目的。使用该装置能够很好的将石英坩埚侧壁在下拉过程中的热辐射拦截，有效的降低了侧壁的辐射散热，使定向凝固效果较常规定向凝固方式更好。侧壁向中心方向生长的晶粒相对于常规装置减少90%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构示意图；
[0018]图2为现有技术的结构示意图；
[0019]图中:1、炉体2、石英坩埚3、石墨发热体4、保温套筒5、感应线圈6、水冷拉锭机构7、石墨托板。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。
[0021]实施例1:
[0022]如图1和图2所示，一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，包括炉体1，炉体I内放置有石英坩埚2，石英坩埚2外壁由内向外依次环绕设置有石墨发热体3、保温套筒4和感应线圈5，石英坩埚2底部设置有与炉体I底部通连的水冷拉锭机构6，保温套筒4的高度为石英坩埚2高度的2倍。
[0023]其中，石英坩埚2和水冷拉锭机构6之间设置有石墨托板7，由于石英坩埚2底部受到循环水冷，所以会受到比较大的热冲击，容易损坏石英坩埚2，因此在石英坩埚2和水冷拉锭机构6之间设置有石墨托板7，可以延长石英坩埚2的使用寿命。
[0024]保温套筒4的高度为石英坩埚2高度的2倍，当保温套筒4的高度为石英坩埚高度2倍的时候，可以保证多晶硅在定向凝固过程中一直处于保温套筒4的包围区域内。
[0025]工作过程如下:[0026](I)将工业硅500kg放置于石英坩埚2内，开启机械泵对炉体I抽真空至800Pa，再开启罗茨泵继续抽真空至0.1Pa ；
[0027](2)开启感应线圈5，对石墨发热体3作用，使石英坩埚2内硅料升温至1500°C，经10小时后，使硅料升温熔化形成硅熔体；
[0028](3)保温8小时后，依次关闭罗茨泵和机械泵。向炉体I内充入氩气，启动水冷拉锭机构6 ；
[0029](4)石英坩埚2下拉之前，先将热电偶位于石英坩埚2外底部悬空放置，实时监测硅的熔体与固体界面温度，当显示的温度高于1414°C时，持续增加冷却水流量，当温度低于1414°C时，减小冷却水量，使硅熔体的冷却速度和水冷拉锭机构6的下降速度一致。
[0030](5)直至硅熔体完全被冷却凝固后，停止对感应线圈5通电，停止水冷拉锭机构电机运转，操作结束。
[0031 ] 此装置能够实现硅熔体的定向生长，能够很好的实现定向凝固去除多晶硅中金属性杂质的目的。使用该装置能够很好的将石英坩埚2侧壁在下拉过程中的热辐射拦截，有效的降低了侧壁的辐射散热，使定向凝固效果较常规定向凝固方式更好。侧壁向中心方向生长的晶粒相对于常规装置减少90%以上。
【权利要求】
1.一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，包括炉体，炉体内放置有石英坩埚，石英坩埚外壁由内向外依次环绕设置有石墨发热体、保温套筒和感应线圈，石英坩埚底部设置有与炉体底部通连的水冷拉锭机构，其特征在于保温套筒的高度为石英坩埚高度的1.5?2倍。
2.根据权利要求1所述的提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，其特征在于石英坩埚和水冷拉锭机构之间设置有石墨托板。
3.根据权利要求1所述的提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，其特征在于保温套筒的高度为石英坩埚高度的2倍。
【文档编号】C01B33/037GK203382512SQ201320429055
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】谭毅, 袁涛, 温书涛, 陈磊 申请人:青岛隆盛晶硅科技有限公司