[發明專利]多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統及其鑄錠工藝

無效

• 申請號: 201110405656.8
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102425005A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 肖新民;胡云峰;陳雪;張志強
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 常州市維益專利事務所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術領域

本發明涉及多晶硅鑄錠技術領域，特別是多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統及其鑄錠工藝。

背景技術

目前市場上多晶硅鑄錠爐的主流產品為275Kg多晶硅鑄錠爐，占市場的60％～80％，另外一種主流產品為450Kg和650kg的多晶硅鑄錠爐。市場的發展趨勢是向650Kg級別多晶硅鑄錠爐發展，且800Kg級及以上的多晶硅鑄錠爐也處于研發階段，大型鑄錠爐的一個重要技術問題是熱應力處理，由于硅的性質是熱縮冷脹，故鑄錠越大，下爐體定向凝固系統的均勻性越難控制，導致的內應力集中會直接影響切片成品率。

現有的多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統都只是提升隔熱籠，從而與底部的隔熱籠底部形成下爐體定向凝固系統空間，并通過降低功率和通氬氣來進行定向凝固鑄錠，這樣的下爐體定向凝固系統效果低，且耗費大量的電能，成本高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種多晶硅鑄錠爐下爐體定向凝固系統及其鑄錠工藝，提高冷凝速度，降低鑄錠成本。

本發明解決其技術問題所采用的方案是：多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統包括下爐體、隔熱籠底板和抬升裝置，隔熱籠底板通過抬升裝置驅動在下爐體內抬升、下降。

具體地，抬升裝置包括石墨支撐桿、絲桿、渦輪蝸桿升降機、抬升底板和伺服電機。抬升底板位于下爐體下方，石墨支撐桿的一端和隔熱籠底板連接，石墨支撐桿的另一端穿過下爐體與抬升底板相連接，絲桿固定在下爐體上，并與固定在抬升底板上的渦輪蝸桿升降機相連接，伺服電機和渦輪蝸桿升降機連接，伺服電機通過渦輪蝸桿升降機驅動抬升底板沿絲桿抬升、下降，抬升底板的運動帶動石墨支撐桿移動，最后帶動爐體內隔熱籠底板的抬升、下降。

石墨支撐桿上套有用來當石墨支撐桿在抬升和下降隔熱籠底板時起真空密封作用的波紋管套，波紋管套的兩端分別固定在抬升底板和下爐體上。

絲桿具有兩個以上，每個絲桿上配套一個渦輪蝸桿升降機，渦輪蝸桿升降機之間通過軟軸連接傳動，伺服電機與其中一個渦輪蝸桿升降機直接連接，并通過軟軸驅動其他渦輪蝸桿升降機一起動作。

為實現在下爐體定向凝固系統硅錠的時候，在爐子底部吹氬氣來保護下爐體定向凝固系統，下爐體的底部預留兩個氬氣進氣孔。

多晶硅鑄錠爐的下爐體定向凝固系統還包括有控制裝置，控制裝置包括PLC、人機界面、旋轉編碼器、接近開關及抬升裝置的伺服電機，人機界面、旋轉編碼器、接近開關以及抬升裝置的伺服電機分別與PLC連接，根據控制工藝，通過人機界面設置隔熱籠底板的上升距離、上升時間、下降距離、下降時間，PLC根據以上工藝參數，控制伺服電機按一定速度旋轉，帶動隔熱籠底板運動到位，旋轉編碼器通過輸出的脈沖反饋實際的位移量到PLC，并可在人機界面上實時顯示隔熱籠底板的位置以及電機的轉速，接近開關設置在隔熱籠底板可移動到的上、下極限位置處，當系統誤動作隔熱籠底板到達上極限位置及下極限位置時，系統立即停止動作，并提醒用戶及時復位。

多晶硅鑄錠爐的鑄錠工藝通過以下步驟實現：

a)隔熱籠與隔熱籠底板合攏，對硅料進行加熱；

b)隔熱籠往上抬升0～380mm同時，隔熱籠底板往下降0～150mm，硅料由底部向上進行定向凝結。

c)隔熱籠與隔熱籠底板合攏，對硅料進行回火；

d)隔熱籠與隔熱籠底板相對移動，打開，對硅料進行冷卻；

e)硅料出鍋。

多晶硅鑄錠爐鑄錠工藝步驟b中，通過在下爐體的底部預留兩個氬氣進氣孔以降低石英坩堝底部的溫度。

本發明的有益效果是：本發明采用抬升下爐體隔熱籠底板的定向凝固系統及其鑄錠工藝，可顯著提高多晶硅的生長速度，提高原材料產能和新材料光電轉換效率、節省原材料成本和消耗電量、系統定向凝固效果好且節省了鑄錠爐自身的升級成本。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明；

圖1是本發明的第一立體狀態圖；

圖2是本發明的第二立體狀態圖

圖3是本發明的剖視圖；

圖4是多晶硅鑄錠爐定向凝固系統的控制裝置。

圖5是本發明的鑄錠工藝中步驟a的狀態圖；

圖6是本發明的鑄錠工藝中步驟b的狀態圖；

圖7是本發明的鑄錠工藝中步驟c的狀態圖；

圖8是本發明的鑄錠工藝中步驟d的狀態圖；

圖9是本發明的鑄錠工藝中步驟e的狀態圖。