[發(fā)明專利]高能束流多晶硅提純裝置

無效

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• 申請日: 2007-09-29
• 公開（公告）號: CN101219789A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 李合非;宋連紅;逄廣林;徐惠彬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發(fā)明涉及一種對金屬和非金屬材料進行提純的設備，更具體地說，是指一種集真空電磁感應熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉、以及定向凝固四位一體的高能束流多晶硅提純裝置。

背景技術

光伏技術的開發(fā)和利用是解決全球能源短缺，生態(tài)環(huán)境惡化等戰(zhàn)略問題的有效途徑。多晶硅電池占世界太陽電池總產量的60％以上。

2005年全球光伏產業(yè)所需高純度多晶硅的缺口達到24％，我國的缺口更是高達97％，太陽能級多晶硅材料的匱乏是制約太陽能光伏產業(yè)的瓶頸。

現(xiàn)有的太陽能級硅的生產方法有化學法和物理法兩種方式。化工法主要包括西門子法和改良西門子法，是傳統(tǒng)的生產多晶硅生產工藝。目前95％以上的多晶硅源自此法。

用于工業(yè)生產的最重要的化學法是改良西門子法。其具體實施方法是在惰性氣體稀釋的氣氛下，使選自硅烷類氣體，如甲硅烷(SiH₄)、二氯硅烷(SiH₂Cl₂)、三氯硅烷(SiHCl₃)等中的一種氣體或兩種以上的混合氣體和氫氣與保持在高溫的芯材相接觸，從而使硅沉積在該芯材的表面。化學法投資大、生產成本高，在生產過程中需要氯氣，安全性差，污染嚴重。

化學法生產多晶硅的投資資金和技術門檻都很高，一個千噸級規(guī)模的項目，投資在10多億元人民幣，其產量卻占世界總產量的90％以上。如果技術不過關，產品成本高，形成盲目投資和低水平重復建設的局面，將造成資源和能源的浪費，給企業(yè)和國家造成損失。

利用電子束和等離子束等高能束流直接熔煉提純金屬硅并結合定向凝固制得太陽能級多晶硅可獲得與西門子法相同品質的太陽能級多晶硅，而造價和投資卻比化學法低得多。但目前國內尚無自主知識產權融合高能束流熔煉和定向凝固優(yōu)點的、且能實現(xiàn)連續(xù)進料與出料的設備。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種融合了真空電磁感應熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉以及定向凝固四種技術的多晶硅的高能束流提純裝置，該提純裝置順次對原材料進行真空電磁感應熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉、定向凝固后獲得純度達到99.9999～99.99999％的生產太陽能級的多晶硅。解決了目前化學法生產太陽能級硅存在的投資大、成本高，能源消耗大，環(huán)境污染嚴重的缺陷。本發(fā)明的四位一體的高能束流提純多晶硅裝置，經工藝優(yōu)化后，可在一臺設備上完成由金屬硅制得太陽能級硅的工藝流程。在節(jié)約能源和提高效率的同時，有效地避免了產品生產工序轉換、輸運等中間環(huán)節(jié)造成的污染；在設備結構設計上具有簡單精巧，制造成本低，且提純精度高的優(yōu)勢；通過加裝閘板閥的進料室的設計，實現(xiàn)了持續(xù)進料的功能，而拉坯速度可控的定向凝固裝置的設計使連續(xù)出料成為可能；通過引入可控電子束熔煉除磷(P)、可控等離子束熔煉除硼(B)、可控定向凝固去除金屬雜質等優(yōu)勢，并合理匹配各工藝參數(shù)，即可在不破壞主真空的條件下有序且連續(xù)完成進料、熔煉和出料等過程；因此本發(fā)明的裝置可有效地提高生產效率；使得單臺裝置實現(xiàn)了傳統(tǒng)生產流水線的功能，整合了并優(yōu)化了生產工藝，因此具有投資小，產量高、可靈活配置等特點。

本發(fā)明的一種利用高能束流提純多晶硅的裝置，包括有真空室、真空電磁感應熔煉單元、電子束熔煉單元、等離子熔煉單元、定向凝固單元，真空電磁感應熔煉單元安裝在真空室的凹形面上；電子束熔煉單元的A電子槍安裝在真空室的左斜面上，B電子槍安裝在真空室的右斜面上；等離子熔煉單元的A等離子槍安裝在真空室的左殼體上，B等離子槍安裝在真空室的右殼體上；定向凝固單元的連接座安裝在真空室的隔板上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提純裝置的結構示圖。

圖2是真空電磁感應熔煉單元的結構示圖。

圖3是定向凝固單元的外部結構圖。

圖3A是支架組件的結構圖。

圖3B是調節(jié)件的結構圖。

圖3C是調節(jié)件的爆炸示圖。

圖3D是驅動組件的結構圖。

圖3E是凝固組件的結構圖。

圖3F是無石墨坩堝的凝固組件的結構圖。