专利名称：一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法和铸锭炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生长多晶硅锭的方法和设备，具体涉及一种微正压气氛下生长多晶硅锭 的方法和设备。
背景技术：
多晶硅铸锭炉是太阳能光伏产业中，最为重要的设备之一。通过多晶硅铸锭法所获得的 多晶硅可直接获得方形材料，并能制出大型硅锭。
传统多晶硅铸锭炉的工作原理将多晶硅料装入有涂层的坩埚内后放在定向凝固块上， 关闭炉膛后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料 结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使 坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却 后出炉即完成整个铸锭过程。
如上所述，目前的多晶硅铸锭炉都是在真空状态下工作，或者抽真空和充氩气同时进行 ，两种工作状态都是负压状态。负压状态下进行多晶硅铸锭，有两点不足之处1、负压熔 炼时，抽真空的同时充氩气，保持负压，故氩气用量很大；负压状态下，若设备密封突然出 故障，空气会突然进入到炉膛内，十分危险。
发明内容
本发明的目的在于克服传统多晶硅铸锭炉在真空状态下工作的不足，提供一种在微正压 状态下生长多晶硅锭的方法和设备。 技术方案一
一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法，包括以下步骤
将多晶硅材料装入石英坩埚中，封闭炉室，开循环水后抽真空至10 — lPa;
开始通入氩气，控制氩气流量大于真空泵抽速，炉室气压稳定后，关闭真空泵，开排气 阀，调整氩气流量，使炉室内保持压力为1.01 1.05个大气压；
逐渐加大加热功率，进行加热熔化，结晶，退火，冷却几个步骤，在此过程中炉室内压 力保持在l. 01 1. 05个大气压；
步骤C完成后，关闭氩气，取出多晶硅铸锭。前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法，其中步骤a抽真空过程为先开旋片泵
，开慢抽阀，当真空度达到设定压力，关闭慢抽阀，开快抽阀，当真空度达到设定压力启动
罗茨泵达到需要真空度。关闭快抽阀阀门，检测压升率，合格可进行下一步操作。 技术方案二
一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，包括炉室、位于炉室内的石英坩埚、石英坩 埚外的加热器及连接炉室的充气系统，其特征在于还包括一安装于排气口与炉室之间的超 压自动放气阀及一安装于炉室壁中，位于炉室内、外部之间的双重防爆阀。
前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其中所述的超压自动放气阀包括一压 力传感器和一继电器控制电磁放气阀，压力传感器设定炉压的反馈信号，当炉室内超压时报 警，通过继电器控制电磁放气阀自动放气，直到低于设定压力自动关闭。
前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其中所述的双重防爆阀包括与炉室通 过管道相连的法兰，位于法兰外的阀门及夹设于法兰与阀门之间的铝箔，及设于炉壁上的弹 簧，所述的阀门上具有防爆阀出气口。
前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，当炉室内压力突然升高，弹簧来不及 反应，阀门无法打开时，铝箔会从防爆阀出气口处被爆破，气体从防爆阀出气孔放出。
与现有的真空负压生产多晶硅铸锭的方式相比
负压熔炼时，抽真空的同时充氩气，保持负压，故氩气用量很大；负压状态下，若设备 密封突然出故障，空气会突然进入到炉膛内，十分危险；微正压熔炼时，不使用真空泵，充 少量氩气保持微正压，故充氩气的量很少，故可减少很大的电量损耗，同时减少真空泵的使 用寿命；微正压可防止气体倒流，更加安全，同时可防止氧化。
本发明的设备设置有超压自动放气阀，在当炉室内超压时报警，通过继电器控制电磁放 气阀自动放气，直到低于设定压力自动关闭；在炉壁上安装有双重防爆阀，所述的双重防爆 阀阀门上具有防爆阀出气口，当炉室内压力突然升高，弹簧来不及反应，阀门无法打开时， 铝薄会从防爆阀出气口处被爆破，气体从防爆阀出气孔放出。通过超压自动放气阀及双重防 爆阀，可以很好地保护铸锭炉的安全。
图l为本发明一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉的结构示意图，其中A处为防 爆阀位置；
图2为防爆阀的剖面结构示意图；图3为防爆阀的平面结构示意图4为超自动放气阀的结构示意图。
具体实施例方式
参照图l，本发明的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，包括炉体l，炉体l内设
保温装置5，加热器6，用于放置多晶硅料的坩埚4等。
铸锭炉连接有一充气系统，其包括安装于充气管道上的上充气阀7及上充气玻璃转子流 量计8、和下充气阀10及下充气玻璃转子流量计9。
一抽气系统，其包括慢抽阀13，快抽阀15及过滤器14， ZJP-300罗茨泵12及一旋片泵11。
另外，本发明的铸锭炉在近排气口19处，设置有排气阀17及压力调节阀16. 为保证在正压下可以完成多晶硅铸锭，必须对设备进行改进，增加一超压自动放气阀及 防爆阀
(1) 、在炉室1与排气口19之间设置一个超压自动放气阀3。 同时参照图1及图4，超压自动放气阀3由压力传感器31和继电器控制电磁放气阀32组成
。压力传感器31设定炉压的反馈信号，当炉室内超压时报警，通过继电器控制电磁放气阀32 自动放气，直到低于设定压力自动关闭。
(2) 、在炉室1的壁上设一防爆阀2
同时参考图2及图3，防爆阀2为一个双重防爆阀，可同时适宜正压和负压下工作，其主 要包括弹簧21，弹簧21安装于炉壁22上；法兰25，与炉室通过管道27相连；铝箔24，夹设于 法兰25及阀门27之间。阀门27上有若干出气孔26，阀门27与法兰25之间有密封圈23。当炉室 内的压力超过弹簧21设定的压力时，阀门27自动打开；当炉室内压力低于弹簧21设定压力时 ，在弹簧21的作用力下，阀门27自动縮回。当炉室内压力突然升高，弹簧21来不及反应，阀 门27无法打开时，铝箔会从出气孔26处爆破，泄压，气体从防爆阀出气孔26放出。
使用时，
将多晶硅材料装入石英坩埚中，封闭炉室，开循环水后抽真空；
打开充气阀，充气到设定压力，充气阀自动关闭，继续抽真空达到真空度，再充气；根 据工艺要求保证真空度，真空抽至10—4a即可；
开始通入氩气，控制氩气流量大于真空泵抽速，炉室气压稳定后，关闭真空泵，开排气 阀，调整氩气流量，使炉室内保持压力为1.01 1.05个大气压；逐渐加大加热功率，进行加热熔化，结晶，退火，冷却几个步骤，在此过程中炉室内压
力保持l. 01 1. 05个；
步骤d完成后，关闭氩气，取出多晶硅铸锭。
使铸锭炉在微正压下工作，对于铸锭炉真空度的要求降低，同时降低了铸锭炉的制作成 本。微正压下熔炼多晶硅，主要减少了硅锭中的氧含量，也减少了铸锭表面的杂质。
上述仅为本发明的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思 对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
权利要求
1.一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法，包括以下步骤a、将多晶硅材料装入石英坩埚中，封闭炉室，开循环水后抽真空；b、通入氩气，控制氩气流量大于真空泵抽速，炉室气压稳定后，关闭真空泵，开排气阀，调整氩气流量，使炉室内保持压力为1.01～1.05个大气压；c、逐渐加大加热功率，进行多晶硅的加热熔化，结晶，退火，冷却几个步骤，在此过程中炉室内压力保持1.01～1.05个大气压；d、步骤c完成后，关闭氩气，取出多晶硅铸锭。
2. 一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，包括炉室、位于炉室 内的石英坩埚、石英坩埚外的加热器及连接炉室的充气系统，其特征在于还包括一安装于排气口与炉室之间的超压自动放气阀及一安装于炉室壁中，位于炉室内、外部之间的双重防爆阀。
3.如权利要求2所述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其 特征在于所述的超压自动放气阀包括一压力传感器和一继电器控制电磁放气阀，所述的压力传感器可设定炉压的反馈信号，当炉室内超压时报警，通过继电器控制电磁放气阀自动放 气，直到低于设定压力自动关闭。
4.如权利要求2所述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其特征在于所述的双重防爆阀包括与炉室通过管道相连的法兰，位于法兰外的阀门和夹设于 法兰与阀门之间的铝箔，及设于炉壁上的弹簧，所述的阀门上具有防爆阀出气口。
5.如权利要求4所述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其特征在于当炉室内压力突然升高，弹簧来不及反应，阀门无法打开时，铝箔会从防爆阀出 气口处被爆破，气体从防爆阀出气孔放出。
全文摘要
本发明涉及一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法和铸锭炉。该方法采用先抽真空，再充氩气至正压状态的气压模式熔炼多晶硅；该铸锭炉设置一个超压自动放气阀及防爆阀。采用微正压下生长多晶硅锭，可减少氩气用量，并可防止气体倒流，更加安全，同时可防止多晶硅铸锭氧化。
文档编号C30B28/06GK101660200SQ20091030418
公开日2010年3月3日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者毅 南, 张伟娜, 徐诗双, 洪朝海, 王致绪, 香 程, 郑智雄, 马殿军 申请人:南安市三晶阳光电力有限公司