[發明專利]一種800kg以上大硅錠鑄錠爐及鑄錠工藝

在審

• 申請號: 201210384613.0
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN102912432A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 高世超;王松;楊大軍;段學穎
• 申請（專利權）人: 蠡縣英利新能源有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本發明涉及多晶硅生產設備技術領域，特別是用于制造大尺寸多晶硅鑄錠的鑄錠爐。本發明還涉及大硅錠鑄錠工藝。

背景技術

太陽能發電最主要的手段是利用硅電池將太陽能轉換為電能，而多晶硅鑄錠是整個光伏產業的基礎工藝。

多晶硅鑄錠爐是用于制造大型多晶硅鑄錠的設備，它是將硅料熔融后通過定向凝固冷凝結晶，使其形成晶相一致的硅錠，從而達到太陽能電池生產對硅片品質的要求。

其工作原理：將多晶硅料裝入有涂層的坩堝內，放在定向固化塊上，關閉爐膛后抽真空，加熱待硅料完全熔化后，隔熱籠緩慢往上提升，通過定向固化塊將硅料結晶時釋放的熱量輻射到下爐膛內壁上，使硅料中形成一個豎直溫度梯度。

這個溫度梯度使坩堝內的硅液從底部開始凝固，從熔體底部向頂部生長，硅料凝固后，硅錠經過退火、冷卻后出爐完成整個鑄錠過程。

熱場是指多晶硅鑄錠爐加熱系統中的溫度分布，它對多晶硅晶體的生長至關重要：晶體的冷卻過程、固液界面的形狀、晶體中的熱應力分布等都是由生長過程中晶體中的溫度場和溫度梯度分布所決定的，因此多晶硅鑄錠爐熱場的結構設計顯得尤為重要。

雖然太陽能電池的成本在不斷下降，但隨著市場競爭的加劇，為了提高競爭力，不斷降低成本仍是光伏行業追求的目標。

現有多晶硅鑄錠爐的熱場可生產的硅錠主要有以下幾種類型：第一種是重量為240千克，可開方十六塊硅塊（156mm×156mm）的硅錠；第二種是重量為400千克，可開方二十五塊硅塊的硅錠，即G5硅錠；第三種是通過縱向發展、增加高度鑄造而成的重量為650千克的硅錠。

由于以上鑄錠重量小，所以出材率低，單位耗能高，成本高。

因此，如何利用多晶硅鑄錠爐鑄造出重量更大的硅錠，是本領域技術人員急需解決的技術問題。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種800kg以上大硅錠鑄錠爐。該鑄錠爐能夠鑄造重量為800千克、可開方三十六塊以上的大硅錠，從而顯著提高硅錠出材率，降低單位能耗和成本。

本發明的第二目的是提供一種800kg以上大硅錠鑄造工藝。

為了實現上述第一目的，本發明提供一種800kg以上大硅錠鑄錠爐，包括爐腔以及位于所述爐腔內的隔熱籠、加熱器、定向固化塊、坩堝和隔熱層，所述隔熱籠能夠上下升降，所述坩堝、定向固化塊和隔熱層從上而下依次布置，所述隔熱籠的底部設有容納所述隔熱層的下開口，所述隔熱層和隔熱籠一起包圍所述坩堝和定向固化塊，所述加熱器從所述坩堝周圍和頂部進行加熱。

優選地，所述隔熱籠的容積能夠容納長度為1100mm、寬度為1100mm、高度為650mm以內的物體在隔熱籠內加熱。

優選地，所述隔熱籠的內徑為1100mm-1200mm；所述定向固化塊的長度為1000mm-1100mm、寬度為1000mm-1100mm、厚度為140mm-160mm；所述坩堝加裝石墨支撐板后的長度為1000mm-1200mm、寬度為1000mm-1200mm。

優選地，所述隔熱籠的內徑為1160mm；所述定向固化塊的長度為1050mm、寬度為1050mm、厚度為150mm；所述坩堝加裝石墨支撐板后的長度為1100mm、寬度為1100mm。

優選地，所述爐腔分為上下兩部分，其中上部分固定，下部分能夠通過絲杠進行升降。

優選地，所述隔熱籠為不銹鋼隔熱籠，其內部設有碳素隔熱層。

優選地，所述隔熱籠底部設有圓角。

優選地，所述爐腔的壁內為水冷夾層。

為實現上述第二目的，本發明提供一種800kg以上大硅錠鑄造工藝，利用上述任一項所述的大硅錠鑄錠爐進行鑄錠，包括以下步驟：

步驟1：放料，在坩堝內放入鑄造800千克以上硅錠所需的硅料；

步驟2：加熱，利用加熱器對坩堝及坩堝內的硅料進行加熱，其加熱時間為16小時-18小時；

步驟3：熔化，控制坩堝內硅料的熔化溫度為1555度-1565度；

步驟4：長晶，長晶階段的長晶時間為34小時-38小時，并且在長晶第一階段即開啟隔熱籠4mm-6mm；

步驟5：退火，設定退火時間為11小時-13小時；

步驟6：冷卻。

優選地，所述步驟（2）中的加熱時間為17小時；所述步驟（3）中的熔化溫度為1560度；所述步驟（4）中的長晶時間為36小時，并且在長晶第一階段即開啟隔熱籠5mm；所述步驟（5）中的退火時間為12小時。