一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于多晶硅铸锭领域，特别涉及一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺。其装置包括炉体，炉体内有石英坩埚，石英坩埚的外壁由内向外依次环绕有侧部加热器和保温碳毡，石英坩埚上方固定安装有顶部加热器，石英坩埚下方安装有热交换块，侧部加热器沿环绕方向上等距安装有导热杆，导热杆的另一端与炉体外顶部的电极棒固定相连。其工艺包括装料抽真空，加氩气升压，加热使硅料熔化，晶体长晶，退火保温及冷却降温，加热阶段和硅料熔化阶段，侧部加热器在石英坩埚的竖直方向上做往复运动；长晶过程中，侧部加热器保持在石英坩埚中部；退火保温阶段，侧部加热器保持在石英坩埚下部。本发明能够使铸锭生产成本降低5%。
【专利说明】一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于多晶硅铸锭领域，特别涉及一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺。
【背景技术】
[0002]多晶硅是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒接合起来便形成多晶硅。在太阳能光伏工业中生产太阳能光伏产品的工艺包括多晶硅铸锭、切割成片、制成电池片和封装为太阳能组件，可见多晶硅铸锭是太阳能光伏工业的重要组成部分，是生产太阳能光伏产品的首个环节。其中多晶硅铸锭工艺是采用多晶硅铸锭炉完成的，其包括步骤:1)对单质硅进行加热，直至单质硅熔化；2)冷却使熔融的单质硅凝固，进行长晶；3)退火处理，并冷却。
[0003]目前，铸锭生产中，普遍采用的是加热器固定的铸锭炉，顶部加热器和侧部加热器与坩埚的相对位置也是固定的，这就导致了加热器对于石英坩埚的直接加热区域也是固定的，石英坩埚的下半部分温度主要依靠上半部分硅料的热传导来实现，因而熔化时间和退火时间较长。同时，传统工艺的设备中，电极棒是固定安装炉体上的，在加热器和电极之间的连接处容易断裂。
[0004]综上，传统工艺的热场温度分布不均匀，从而导致铸锭质量下降，光电转换效率降低。
【发明内容】
[0005]本发明克服上述不足问题，提供一种侧部加热器可移动的铸锭炉及铸锭生产工艺，通过导热杆来控制侧部加热器，使侧部加热器在竖直方向上做往复运动，从而调节热场温度；基于该装置，在铸锭的加热阶段和硅料熔化阶段、长晶过程及退火阶段调节侧部加热器相对石英坩埚的位置，来实现对温度分布的有效控制，充分利用能量，从而实现高效铸锭。
[0006]本发明为实现上述目的所采用的一种侧部加热器可移动的铸锭炉，包括炉体，炉体内有石英坩埚，石英坩埚的外壁由内向外依次环绕有侧部加热器和保温碳毡，石英坩埚上方固定安装有顶部加热器，石英坩埚下方安装有热交换块，侧部加热器沿环绕方向上等距安装有导热杆，导热杆的另一端与炉体外顶部的电极棒固定相连。
[0007]导热杆有3~9根。每根导热杆的上端都安装有电极棒，导热杆优选为等静压石墨杆，这种石墨杆的硬度可以支持加热器上下移动。
[0008]一种采用侧部加热器可移动的铸锭炉的铸锭生产工艺，包括装料抽真空，加氩气升压，加热使硅料熔化，晶体长晶，退火保温及冷却降温，加热阶段和硅料熔化阶段，侧部加热器在石英坩埚的竖直方向上做往复运动；长晶过程中，侧部加热器保持在石英坩埚中部；退火保温阶段，侧部加热器保持在石英坩埚下部。[0009]优选方案如下:
[0010]侧部加热器往复运动范围为石英坩埚下部到石英坩埚中部。石英坩埚的顶部因为有顶部加热器，石英坩埚的上部的温度可以由顶部加热器提供，所以侧部加热器不需要经过石英坩埚的上部。
[0011]加热阶段的侧部加热器在竖直方向上运动速度为80~250mm/min，加热时间为
5~8h0
[0012]熔化阶段的侧部加热器在竖直方向上运动速度为60~130mm/min，加热时间为8 ~12h。
[0013]在石英坩埚的上方有通气口，通气口固定安装在炉体上，由通气口向炉体内通入氩气作为保护气；侧部加热器和顶部加热器独立存在，由两个变压器分别控制，其最大输出功率都为80kw ;传统工艺的设备中，电极棒是固定安装在炉体上的，这种设计的加热器与电极棒间的连接容易断裂，本发明中将炉体外的电极棒固定安装在导热杆上则避免了这个不足；侧部加热器的移动由程序控制电极棒和导热杆，由导热杆带动侧部加热器从而上下移动。
[0014]本发明通过控制电极棒和导热杆，从而带动侧部加热器的上下移动，来保证铸锭从上至下的温度均匀分布，能够减少位错缺陷，提高铸锭质量。同时节省整个铸锭周期的时间3~5h，使铸锭生产成本降低5%。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明装 置示意图。
[0016]图中，1、通气口，2、炉体，3、顶部加热器，4、侧部加热器，5、保温碳毡，6、石英坩埚，
7、热交换块，8、硅料，9、导热杆，10、电极棒。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例及附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。
[0018]实施例1:
[0019]1、装料抽真空、开始加热:将450Kg硅料8装入石英坩埚6内，抽真空到0.5Pa，由通气口 I通入氩气作为保护气，打开顶部加热器3和侧部加热器4加热，侧部加热器4沿环绕方向上等距安装有3根导热杆9，导热杆9上端与炉体2外顶部的电极棒10固定安装，导热杆9带动侧部加热器4在石英坩埚6的中部到下部间进行往复运动，运动速度为80_/min,运动5h后，硅料8的温度逐渐达到1550°C。
[0020]2、熔化阶段:使炉体2内压强保持在40KPa，保持硅料8温度为1550°C并且保温8h，直至硅料8全部熔化结束。在此过程中，侧部加热器4从石英坩埚6中部到下部间进行往复运动，运动速度为60mm/min，运动8h后，将侧部加热器4移动到石英坩埚6中部位置。
[0021]3、长晶阶段:炉体2内压强保持在50kPa，使硅料8的温度从1550°C经0.5h降低到1425°C后开始长晶。在长晶过程中，硅料8的温度经22h，由1425°C降低到1410°C后长晶结束，形成硅锭。控制导热杆9，带动侧部加热器4移动到石英坩埚6的底部位置。
[0022]4、退火阶段:压强保持在50kPa，控制硅锭在1320°C的温度下保持2h，使晶锭能够温度均匀，从而减小热应力。侧部加热器4始终保持在石英坩埚6底部，使整个硅锭温度达到一致。
[0023]5、冷却阶段:关闭顶部加热器3和侧部加热器4，压强保持在90kPa，自然冷却时间为llh，当硅锭温度逐渐降低到300°C后取出硅锭。
[0024] 实施例2: [0025]1、装料抽真空、开始加热:将500Kg硅料8装入石英坩埚6内，抽真空到0.7Pa，由通气口 I通入氩气作为保护气，打开顶部加热器3和侧部加热器4加热，侧部加热器4沿环绕方向上等距安装有6根导热杆9，导热杆9上端与炉体2外顶部的电极棒10固定安装，导热杆9带动侧部加热器4在石英坩埚6的中部到下部间进行往复运动，运动速度为150_/min,运动6h后，硅料8的温度逐渐达到1555°C。
[0026]2、熔化阶段:使炉体2内压强保持在50KPa，保持硅料8温度为1555°C并且保温10h，直至硅料8全部熔化结束。在此过程中，侧部加热器4从石英坩埚6中部到下部间进行往复运动，运动速度为100mm/min，运动IOh后，将侧部加热器4移动到石英坩埚6中部位置。
[0027]3、长晶阶段:炉体2内压强保持在60kPa，使硅料8的温度从1555°C经0.7h降低到1427°C后开始长晶。在长晶过程中，硅料8的温度经23h，由1427°C降低到1413°C后长晶结束，形成硅锭。控制导热杆9，带动侧部加热器4移动到石英坩埚6的底部位置。
[0028]4、退火阶段:压强保持在50kPa，控制硅锭在1350°C的温度下保持3h，使晶锭能够温度均匀，从而减小热应力。侧部加热器4始终保持在石英坩埚6底部，使整个硅锭温度达到一致。
[0029]5、冷却阶段:关闭顶部加热器3和侧部加热器4，压强保持在95kPa，自然冷却时间为12h，当硅锭温度逐渐降低到350°C后取出硅锭。
[0030]实施例3:
[0031]1、装料抽真空、开始加热:将550Kg硅料8装入石英坩埚6内，抽真空到IPa，由通气口 I通入氩气作为保护气，打开顶部加热器3和侧部加热器4加热，侧部加热器4沿环绕方向上等距安装有9根导热杆9，导热杆9上端与炉体2外顶部的电极棒10固定安装，导热杆9带动侧部加热器4在石英坩埚6的中部到下部间进行往复运动，运动速度为250_/min,运动8h后，硅料8的温度逐渐达到1560°C。
[0032]2、熔化阶段:使炉体2内压强保持在60KPa，保持硅料8温度为1560°C并且保温12h，直至硅料8全部熔化结束。在此过程中，侧部加热器4从石英坩埚6中部到下部间进行往复运动，运动速度为130mm/min，运动12h后，将侧部加热器4移动到石英坩埚6中部位置。
[0033]3、长晶阶段:炉体2内压强保持在70kPa，使硅料8的温度从1560°C经Ih降低到1430°C后开始长晶。在长晶过程中，硅料8的温度经24h，由1430°C降低到1415°C后长晶结束，形成硅锭。控制9根导热杆9，带动侧部加热器4移动到石英坩埚6的底部位置。
[0034]4、退火阶段:压强保持在70kPa，控制硅锭在1370°C的温度下保持3h，使晶锭能够温度均匀，从而减小热应力。侧部加热器4始终保持在石英坩埚6底部，使整个硅锭温度达到一致。
[0035]5、冷却阶段:关闭顶部加热器3和侧部加热器4，压强保持在IOOkPa,自然冷却时间为12h，当硅锭温度逐渐降低到400°C后取出硅锭。[0036]综 上所述，本发明能够减少位错缺陷，提高铸锭质量，同时节省整个铸锭周期的时间3~5h，使铸锭生产成本降低5%。
【权利要求】
1.一种侧部加热器可移动的铸锭炉，包括炉体，炉体内有石英坩埚，石英坩埚的外壁由内向外依次环绕有侧部加热器和保温碳毡，石英坩埚上方固定安装有顶部加热器，石英坩埚下方安装有热交换块，其特征在于侧部加热器沿环绕方向上等距安装有导热杆，导热杆的另一端与炉体外顶部的电极棒固定相连。
2.根据权利要求1所述的一种侧部加热器可移动的铸锭炉，其特征在于:导热杆有3~9根。
3.一种采用权利要求1所述的侧部加热器可移动的铸锭炉的铸锭生产工艺，包括装料抽真空，加氩气升压，加热使硅料熔化，晶体长晶，退火保温及冷却降温，其特征在于加热阶段和硅料熔化阶段，侧部加热器在石英坩埚的竖直方向上做往复运动；长晶过程中，侧部加热器保持在石英坩埚中部；退火保温阶段，侧部加热器保持在石英坩埚下部。
4.根据权利要求3所述的一种采用侧部加热器可移动的铸锭炉的铸锭生产工艺，其特征在于侧部加热器往复运动范围为石英坩埚底部到石英坩埚中部。
5.根据权利要求3所述的一种采用侧部加热器可移动的铸锭炉的铸锭生产工艺，其特征在于加热阶段的侧部加热器在竖直方向上运动速度为80~250mm/min，加热时间为5~8h。
6.根据权利要求3所述的一种采用侧部加热器可移动的铸锭炉的铸锭生产工艺，其特征在于熔化阶段的侧部加热器在竖直方向上运动速度为60~130mm/min，加热时间为8~12h。
【文档编号】C30B11/00GK103572365SQ201310547113
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】王峰, 李鹏廷, 谭毅, 任世强, 熊华江, 安广野, 姜大川 申请人:青岛隆盛晶硅科技有限公司