[發明專利]一種多晶硅爐

有效

• 申請號: 201210169843.5
• 申請日: 2012-05-28
• 公開（公告）號: CN102703976A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 符寒光;蔣志強;馮錫蘭;劉建偉;魏永強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06;C22C38/54
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明為一種用于生產多晶硅的多晶硅鑄錠爐，特別涉及一種節能多晶硅爐，屬于加多晶硅爐技術領域。

背景技術

太陽能是一種重要的、有效的、可再生清潔能源，其儲量巨大、取之不盡、用之不竭、沒有環境污染，充滿了誘人的前景。而太陽能光伏發電以其技術成熟、應用方便、絕對安全、長壽命以及免維護等優勢，成為利用太陽能最主要的方式，也是21世紀最有希望大規模應用的清潔能源之一。多晶硅作為一種能利用太陽能發電的材料，在再生能源緊缺的時代越來越被廣泛應用。多晶硅的制備工藝過程是硅原料的提純過程，是將2N(一個N即表示一個9，2N即表示99%)的工業硅提純到7~11N的高純硅工藝過程。這是一個能耗較高的產業，平均每噸多晶硅的電耗在20萬千瓦時以上。在多晶硅制造的技術方面，多種生產工藝路線并存。主要有改良西門子法、硅烷法和冶金法。為了提高多晶硅質量，降低多晶硅生產能耗，中國發明專利CN101158548公開了一種多晶硅鑄錠爐的爐體保護裝置，主要由帶中間夾層(11)的爐體(9)，置于爐體(9)底部的凸臺套管(10)和巖棉(5)，置于巖棉(5)上部固定于凸臺套管(10)上帶端蓋(7)的套管(8)，置于端蓋(7)中部的護套管(6)等構成。通過由巖棉、凸臺套管、帶端蓋的套管等構成的爐體保護裝置的作用，能有效防止承裝硅液的坩堝在發生破裂或其它原因導致硅液溢出時，流向爐體底部的硅液在爐體底部堆積，高溫硅液熱能燒穿爐體鋼板，使冷卻水暴露在高溫低壓的爐內，從而引發災難性事故的現象發生，避免了硅液對爐體的損傷。中國發明專利CN1884068還公開了一種生產多晶硅的還原爐，特別是一種可以生產大直徑多晶硅的還原爐，以此來提高多晶硅的產量和質量，降低多晶硅的電耗和生產成本。為達到上述目的，該發明采用了雙層殼體，而且內殼是由石英玻璃制成的；內外殼體之間另設有加熱器；內殼體的頂部和加熱器的外部都設有隔熱板；爐里的發熱體是用石磨制成的，并被密封在一根石英管內。中國發明專利CN1887803還公開了一種單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用炭/炭隔熱屏的制備方法，該方法采用針刺炭布和無緯布相結合全炭纖維三向結構隔熱屏預制體；通過中溫瀝青或糠酮樹脂浸漬炭化工藝致密隔熱屏預制體，反復致密處理數次，到密度≥1.30g/cm³時致密工藝結束，在通入氯氣和氟利昂的條件下對隔熱屏制品進行高溫純化處理，機械加工后即可制得單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用熱場炭/炭隔熱屏。該發明可有效降低單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用熱場炭/炭隔熱屏的導熱系數，工藝一致性好，可實施性強，成本低，可延長單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用炭/炭隔熱屏的使用壽命，降低單晶硅拉制爐及多晶硅冶煉爐用炭/炭隔熱屏的更換率。中國發明專利CN102127809A還公開了一種多晶硅鑄錠爐，包括爐體、支架，所述爐體固定在支架上，所述爐體內設置有支撐板，所述支撐板上設置有坩堝，所述坩堝外設置有發熱器，所述發熱器外扣罩有反射屏，所述爐體與反射屏之間填有絕熱保溫材料，所述爐體包括上爐體、下爐體，所述上爐體、下爐體之間連接有升降裝置，所述上爐體一端設置有真空接口。該發明通過升降裝置控制下爐體上升或下降，能方便地放入或取出裝有多晶硅錠的坩堝，有效地保護操作人員的安全，同時，采用自上向下厚度漸增的石墨電阻發熱器，提高生產多晶硅鑄錠的速度和質量，簡化爐體結構，延長設備的使用壽命。中國發明專利CN102134074A還公開了一種多晶硅還原爐及其操作方法，在還原爐的頂部和底座均設置有物料的進口和出口，進口和出口為均布的25～32管口式結構，在這種結構中多晶硅還原爐上的各個進、出口管與對應的進、出料子流股是通過相通的環管連接起來的。對于進口，原料首先經過進料子流股管道進入到各個聯通的環管中，然后通過各個進氣管，進入多晶硅還原爐發生反應；對于出口，尾氣通過各個出氣管收集到對應的聯通的環管內，最后匯集經出料子流股管道流出該還原工段。這種新型的多晶硅還原爐以及周期性切換多晶硅還原爐進出口的操作工藝，可以有效的減小現存技術制造的多晶硅還原爐內存在的明顯的溫度梯度；避免了“倒棒”現象的發生，并有利于產品的后處理。中國發明專利CN102351192A還公開了一種多晶硅還原爐，包括：底盤和爐體，所述爐體連接在所述底盤上且在所述爐體與所述底盤之間限定出反應腔室；四十八對電極，所述四十八對電極設在所述底盤上且分別分布在第一、第二、第三和第四圓周，所述第一、第二、第三和第四圓周為以所述底盤中心為圓心且半徑依次增大的同心圓周；進氣系統，所述進氣系統包括設在所述底盤中部的多個噴嘴；和排氣系統，所述排氣系統包括多個排氣口，所述排氣口設在所述底盤上且位于所述第四圓周與所述爐體之間。根據該發明實施例的多晶硅還原爐，可以合理利用熱能，同時也可以避免爐體內側壁帶走過多熱量，可以降低熱量損耗。中國發明專利CN102400232A還公開了一種單晶硅生長爐用石墨/炭氈復合電極，包括電極、加熱器、螺栓、電極外的石墨護套，所述的電極與石墨護套之間增設了一層電極保溫層，由于電極與石墨護套之間固定設有電極保溫層，增加了晶體爐內與電極之間的熱阻，從而降低了功耗，其節能效果可達10kW以上，解決了晶體爐中加熱器電極損耗能量過大的問題，且該設計思想可以用于多晶硅及藍寶石等多種晶體生長的電極上。中國發明專利CN101311343還公開了一種適于制造大尺寸高純度多晶硅鑄錠的真空爐，保溫罩設置為可升降式，由伺服直線運動機構和一端固定設置在保溫罩頂部上的連動桿組成的升降機構主體安裝設置在爐蓋上，供電部件中的電極設置為水冷式，位于爐內的輸電電纜設置為柔性水冷式。由于料臺和坩堝設置為可免受升降機構的工作干擾、有利于確保結晶質量的固定式，坩堝內部容積的大小只與料臺的承載能力有關，便于設置大容量的坩堝，且采用了具有確?？煽抗ぷ鲏勖乃涫缴舷码姌O和水冷式柔性電纜，便于保溫罩的自由升降，結構科學且合理，工作可靠且壽命長，產品質量穩定且純度高，適于生產大尺寸、高純度的多晶硅鑄錠，具有很強的實用性。中國發明專利CN102205967A還公開了一種節能多晶硅還原爐及多晶硅的制造方法，該多晶硅還原爐，包括鐘罩型爐壁，設置在爐壁下方的底盤，設置在底盤上的電極和安裝在電極上的硅芯棒，底盤上還設置有原料氣體進入口和尾氣排氣口，其特征是：上述底盤上設置有一個與爐壁同心且將硅芯棒罩住的鐘罩式隔熱屏，該隔熱屏是由圓筒部和與所述圓筒部相接的有通孔的頂部組成；所述的原料氣體進入口至少部分地設置在隔熱屏的圓筒部與爐壁之間的底盤上，尾氣排氣口設在底盤中心。該發明利用隔熱屏罩住多晶硅，從而大幅度減少熱量損失，并使原料氣體得到預熱，并能夠提高三氯氫硅的轉化率。中國發明專利CN102225650A還公開了一種用于多晶硅鑄錠爐的耐腐蝕涂層，其特征在于，包括：覆于碳纖維隔熱層表面的合金防腐層和覆于所述合金防腐層表面的隔熱防腐層；所述合金防腐層包括：20wt％～38wt％的鋁粉、30wt％～45wt％的鋅粉和30wt％～45wt％的鎳粉；所述隔熱防腐層包括：55wt％～72wt％的石墨烯粉、25wt％～40wt％的LaTaO4粉、1wt％～5wt％的成膜劑和1wt％～5wt％的固化劑和分散劑的混合物。該發明還提供一種用于多晶硅鑄錠爐的耐高溫保護層及其制備方法。該發明提供的涂層具有較高的硬度和耐腐蝕性，從而延長碳纖維隔熱層的使用壽命。中國發明專利CN102134744A還公開了一種多晶硅鑄錠爐隔熱裝置，在坩堝和加熱器的外部設置有隔熱籠，隔熱籠由鋼架及為鋼架所固定的隔熱板所構成，四周的隔熱籠內側板外設置有隔熱籠外側板，隔熱籠內、外側板均分為上下兩部分，在上隔熱籠內側板的內側設置有1－4塊C/C復合板，C/C復合板通過固定螺絲與上隔熱籠內側板和上隔熱籠外側板固定起來。所述的C/C復合板為炭材料復合板。該發明的有益效果是：減少原隔熱板長時間高溫烘烤導致的掉粉現象，提升隔熱籠內部的保溫性能，有效提高硅錠質量，減少硅錠碳含量和陰影；可使隔熱板內側保溫板的使用壽命延長至2年左右。節能降耗、降低生產成本。但是，上述發明的多晶硅爐普遍存在制備多晶硅能耗高的不足。本發明選用具有負溫度系數的六鈦酸鉀用于多晶硅爐的保溫和隔熱，明顯實現了制備多晶硅節能、降耗的目標。