[實用新型]三位一體多晶硅定向結晶爐

無效

• 申請號: 200820059254.0
• 申請日: 2008-05-30
• 公開（公告）號: CN201241198Y
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 潘健武
• 申請（專利權）人: 上海今科新能源材料科技有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;C01B33/03;B22D27/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 胡美強

技術領域

本實用新型涉及一種生產多晶硅的裝置。

背景技術

由于全球掀起的太陽能利用熱潮，多晶硅材料奇缺，以多晶硅鑄錠提供太陽能電池片坯料的生產工序，己被絕大部分企業所采用。因此，多晶硅鑄錠爐的生產廠家與日俱增，例如，國外最著名的專業廠商有GT-Solar、EMC、ALD、PVA等，國內生產廠家更多，比較知名的有中電科技集團48所、紹興精工、上海漢虹、北京京運通、常州華盛天龍等，其中精工與德國合作，漢虹有日本背景，48所技術力量比較強，但沒有一家企業生產這種集多功能于一身的太陽能級多晶硅專用冶金設備，也沒有見到國外有類似商品的報導。

現有技術中，國內外生產的多晶硅鑄錠爐多采用石墨熱場加熱器，以電阻加熱的熱傳導方式緩慢加熱石英坩堝中的多晶硅，一般熔化250公斤左右爐料的時間達5-6小時；也有部分采用中頻感應加熱，如果采用中頻感應加熱，由于固態多晶硅的導電性能極低，無法通過電磁感應使其熔化，也就不能體現出感應加熱的長處。

發明內容

本實用新型需要解決的技術問題是提供了一種三位一體多晶硅定向結晶爐，旨在解決現有技術中加熱方式的缺陷，并改進其功能單一的不足。

為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

本實用新型包括：坩堝；所述的坩堝是無底復合陶瓷坩堝或水冷坩堝；在坩堝的二側安置感應圈；在坩堝的上部安置一個等離子槍；所述的坩堝、感應圈以及等離子槍的前端安置在一個密封的爐中；在容器的上端側旁設置一個加料口。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：可以對硅材料實施提純工藝，又具有多晶硅定向結晶鑄錠的功能。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述：

由圖1可見：本實用新型包括：坩堝7；所述的坩堝7是無底復合陶瓷坩堝或水冷坩堝；在坩堝7的二側安置感應圈6；在坩堝7的上部安置一個等離子槍9；所述的坩堝7、感應圈6以及等離子槍9的前端安置在一個密封的爐20中；在容器20的上端側旁設置一個加料口11。

本實用新型中增加等離子弧加熱系統，包括熔煉用等離子電源13、引弧機構14、等離子槍9，以及等離子槍回轉19和升降機構17，所有與爐體結合部都必須保持高溫條件下的動態封密；圖中：牽引機構1、水管2、坩堝固定機構3、水冷卻機構4、感應電源5、窺視孔8、爐蓋旋轉器10、等離子槍固定機構12、真空泵15、爐蓋升降機構16、水管及電纜18。

為了改變現有多晶硅鑄錠爐均采用整體坩堝位移進行定向凝固，本實用新型采無底復合陶瓷坩堝或水冷坩堝，利用連續鑄錠技術生產鑄坯是本實用新型不可分割組成部分；

多晶硅鑄坯的內在質直接影響電池片的的成品率，同時也將影響太陽能電池的光伏效率，通過多學科配合解決了質量檢測與溫控、連鑄之間相關連技術，從而改變了以往憑經驗操作的缺陷。

陽極材料與坩堝嵌合技術。陽極材料選擇必須考慮材料的導電性、使用壽命及對多晶硅二次污染的影響。本實用新型采用一種新型功能陶瓷可以滿足上述要求。

本實用新型是將回轉等離子槍、連續式定向結晶與真空感應熔煉相結合，解決了固體多晶硅導電性能極低，無法進行感應加熱的難題；通過等離子束高溫(5000K以上)快速加熱的特點，使固體硅材料迅速達到熔融狀態，使電磁感應加熱發揮作用。在高溫等離子弧與感應加熱雙重作用下，使熔化時間減少90％以上，節能高效，操作簡便。

等離子束熔煉還具有對多晶硅的提純功能，以及進行為達到提純效果的多種冶金新工藝的操作，具備一機多用的功能。

在定向凝固過程中由于感應加熱的電磁場作用，對熔池產生電磁攪拌，有助于雜質上浮，從而既能提高多晶硅內在質量，又能縮短定向凝固時間，提高生產效率。

在等離子加熱、電磁感應和定向結晶之間，通過對多晶體凝固溫度、結晶狀態等參數的反饋，對熔池溫度場和牽引速度進行實時自動調整，提高質量及其穩定性。

本實用新型在采用等離子弧對多晶硅料熔煉時，同單一電阻或中頻加熱相比，時間從五小時左右縮短到不足一小時。

采用等離子弧與感應加熱相結合的加熱方式，可以在不同工藝階段既可調節功率參數，還可以調節不同加熱組合方式，以滿足提純工藝和多晶硅定向結晶的最佳化條件，這是一般多晶硅鑄錠爐所無法做到。

由于這種多功能爐在結構上可以互為借用，若與多爐聯合使用相比，其設備投資將可降低20％以上；

由于在進行提純工藝后趁熱進入定向鑄錠這一工序，與異爐提純操作冷卻后，再加入單一功能的多晶硅鑄錠爐熔化鑄錠成坯相比，熱能將大大節約，以250公斤鑄錠爐為例，至少可節省1000kwh電能。