[實用新型]電子束熔煉液態硅除氧的裝置

有效

• 申請號: 201320746348.6
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN203699923U
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 王登科;安廣野;郭校亮;姜大川;譚毅
• 申請（專利權）人: 青島隆盛晶硅科技有限公司
• 主分類號: C01B33/037
• 分類號: C01B33/037
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于多晶硅提純領域，具體涉及一種電子束熔煉液態硅除氧的裝置。

背景技術

目前，我國已成為世界能源生產和消費大國，但人均能源消費水平還很低。隨著經濟和社會的不斷發展，我國能源需求將持續增長，針對目前的能源緊張狀況，世界各國都在進行深刻的思考，并努力提高能源利用效率，促進可再生能源的開發和應用，減少對進口石油的依賴，加強能源安全。

作為可再生能源的重要發展方向之一的太陽能光伏發電近年來發展迅猛，其所占比重越來越大。根據《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發電裝機容量達到1.8GW（百萬千瓦），到2050年將達到600GW。預計到2050年，中國可再生能源的電力裝機將占全國電力裝機的25%，其中光伏發電裝機將占到5%。預計2030年之前，中國太陽能裝機容量的復合增長率將高達25%以上。

太陽能光伏產業的發展依賴于對多晶硅原料的提純。多晶硅原料的提純工藝目前主要依賴以下幾種工藝：西門子法、硅烷法、氣體流化床法和冶金法。冶金法制備太陽能級多晶硅技術作為發展低成本、環境友好的太陽能級多晶硅制備技術的必經之路，目前已經取得了長足發展，并實現了工業化生產。冶金法提純多晶硅是指采用物理冶金手段，在硅不參與發生化學反應的情況下，依次去除硅中的各種雜質元素(磷、硼及金屬)的方法，它不是單一的制備方法，而是一種集成法，主要利用飽和蒸汽壓原理、偏析原理及氧化性差異原理，分別采用不同的工藝方法，來去除硅中的雜質元素，從而得到滿足太陽能多晶硅純度要求的硅料。

在冶金法工藝中，硅料的磷、硼、金屬等雜質均可通過有效的工藝手段去除，達到了較理想的效果。但是，近年來，在對多晶硅太陽能電池片光電轉化效率的研究中發現，氧元素的含量對電池片的光電轉化效率與產生重要影響。但是，現有技術中，對氧元素的去除效果不佳。

在冶金法的定向凝固、鑄錠等工藝中，坩堝中的氧元素或通入氣體中的氧元素不可避免地會進入到硅料中，是氧雜質產生的主要原因。傳統的測試硅中氧含量的普遍方法為紅外光譜，用紅外光譜分別對高純硅料與混料（鑄鑄后的邊角料與高純料混合）進行檢測，兩種料中氧的含量相關不大。這也導致了冶金法工藝中引入的氧雜質未受到重視。

實際上，在硅中，氧元素有兩種狀態：替代位，即氧代替了硅的位置；間歇位，即氧在硅原子的間隙中。傳統的測試硅中氧含量的紅外光譜只能檢測間歇位的氧含量，不能真實反映兩種硅料中的氧含量水平。經申請人的實驗測試，替代位的氧會釋放電子，與硅中雜質磷產生的作用相似，能夠影響多晶硅電池片光電轉化效率。申請人通過二次離子質譜儀多次檢測，在上述兩種硅料中，氧元素含量相差很大，主要是替代位的氧元素含量的差別。

因此，對于鑄錠等工藝中引入的雜質氧不能忽視，必需尋求有效的手段降低硅中雜質氧的含量。

對于氧雜質的去除方法，檢索到實用新型專利CN200810070925一種降低金屬硅中氧、碳含量的方法，該實用新型采用在硅液中吹入氧氣、氫氣和水蒸氣，使氫氣和氧氣在硅液中反應產生局部高溫，使硅液中的氧、碳元素隨氣體排放而去除，但是該方法需要在硅熔融狀態下通入氧氣和氫氣，操作難度大，危險性高，氧的去除效果不佳。

實用新型內容

根據以上現有技術的不足，本實用新型提出一種電子束熔煉液態硅除氧的裝置，通過電子束熔煉的方式有效的去除多晶硅中雜質氧，以此提高電池片的光電轉換效率。

本實用新型所述的一種電子束熔煉液態硅除氧的裝置，包括爐體，爐體內設置有中頻感應裝置，中頻感應裝置底部安裝有與下爐蓋通連的翻轉機構，中頻感應裝置一側設置帶有水冷的導流槽，該導流槽自上向下傾斜；位于導流槽上方的爐體頂部通連有電子槍；導流槽的傾瀉口下方的爐體內底部設置有凝固坩堝。

其中，中頻感應裝置優選包括由內向外的石墨坩堝、感應線圈和保溫層。

導流槽與水平面之間的傾斜角度優選為5～15度。較小的傾斜角度能夠保證硅液在導流槽內得到充分熔煉，保證除氧的效果。

凝固坩堝優選為水冷銅坩堝。對于凝固坩堝本身來說，既可以采用石墨坩堝，也可以采用石英坩堝，但是在硅液向下澆鑄時，容易破碎，且容易帶來其它元素雜質的污染；利用帶有水冷的銅坩堝，其冷卻能力較強，冷卻時間較短，無污染，同時能夠反復使用，整體成本較低，而且不易損壞。