專利名稱：：熔硅法制備太陽能級多晶硅用分凝模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及冶金領(lǐng)域，具體涉及一種熔硅法制備太陽能級多晶硅提純用分凝模。
背景技術(shù)：
：太陽能是人類取之不盡，用之不竭的可再生能源，它不產(chǎn)生任何環(huán)境污染，是綠色能源。1954年美國貝爾實驗室研制出了世界第一塊實用半導(dǎo)體太陽能電池。近半個世紀以來，人們?yōu)樘柲茈姵氐难芯扛冻隽司薮蟮呐?。多晶硅是制備太陽能電池的基礎(chǔ)材料，是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。它是由硅純度較低的冶金級硅提純而來，按照硅的純度大致可分為太陽能級硅(6N)和電子級硅(IIN)。過去太陽能電池的硅材料主要來自電子級硅的等外品以及單晶硅頭尾料、堝底料等，年供應(yīng)量很小。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對多晶硅的需求量迅速增長，2008年太陽能級多晶硅的需求量已超過電子級多晶娃o目前，各多晶硅生產(chǎn)工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)不同?？偟膩碚f，國際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中，太陽能級多晶硅的生產(chǎn)將仍然以改良西門子法為主?？v觀現(xiàn)有技術(shù)，順序凝固是去除雜質(zhì)金屬離子最重要的方法之一，決定了多晶硅的純度。其屬于物理方法的范疇，很好地利用了金屬雜質(zhì)在不同相態(tài)中的分布規(guī)律，具有分離效果好、工藝步驟簡單等優(yōu)點。中國專利(CN200710109123.9)公開了一種利用冷卻板使坩堝中的熔融硅凝固，從而制造形成均勻晶粒的太陽能電池用多晶硅錠的裝置。該裝置包含用于使硅熔融的坩堝、用于調(diào)節(jié)所述坩堝高度的移送軸、用于加熱所述坩堝的加熱器以及位于所述坩堝下部而用于冷卻所述坩堝的冷卻板。中國專利(CN85100529)公開了一種以高性能的石墨塊組合成模具，用去離子水等作調(diào)料，將經(jīng)處理的氮化硅粉料調(diào)成糊狀，作脫模劑，用氬氣和氮氣為氣氛，熔化時模具懸掛，凝固時模具支撐在水冷卻的下轉(zhuǎn)軸上，在下降模具的同時增大冷卻水流速，使熔硅從模具底始定向凝固。中國專利(CN200620031881.4)公開了一種制備多晶硅用鑄錠爐，包括置于中間的鑄錠坩堝，坩堝外扣設(shè)加熱罩，加熱罩外扣設(shè)與其聯(lián)接的保溫罩，坩堝底部設(shè)有水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，加熱罩中自下而上設(shè)有分層加熱元件。加熱罩中自下而上設(shè)有側(cè)面五層、頂面一層共六層加熱元件。坩堝底部或/和保溫罩頂部設(shè)有升降機構(gòu)。本實用新型可實現(xiàn)對硅水的均勻加熱和定向勻速冷卻。上述專利涉及金屬硅物理提純的過程，分凝是多晶硅物理提純中重要的步驟，關(guān)乎去除雜質(zhì)的含量。作為關(guān)鍵的設(shè)備，分凝模至關(guān)重要。通常的產(chǎn)生中，還原爐中流出的熔硅直接倒入地面的冷卻槽內(nèi)進行冷卻得到固體硅坯。下步進行分凝提純，必須把硅重新熔化，這要消耗電力，熔化前還要清洗、烘干。經(jīng)過研究，本實用新型設(shè)計人發(fā)明了一種多晶硅提純用的原位分凝模。還原爐流出之熔硅直接澆入分凝模內(nèi)順序凝固。節(jié)約了熔化用電和清洗用高純化學(xué)試劑和高純水。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種多晶硅提純用原位分凝模。該設(shè)備具有易于操作，成本低等優(yōu)點。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用該設(shè)備進行多晶硅的提純，可以大大降低能耗，對環(huán)境無污染。本實用新型一種太陽能級多晶硅提純用原位分凝模包括下述部分如圖所示，本發(fā)明為一種多晶硅提純用原位分凝模，由石英坩堝1、坩堝托2、加熱硅鉬棒3、冷卻水套4組成。其中，石英坩堝1作為裝料容器，內(nèi)部噴涂Si3N4涂層，置于坩堝托2之中；裝有石英坩堝1的坩堝托2底部置于冷卻水套4之上，加熱硅鉬棒3置于坩堝托2側(cè)面，距離坩堝托2外側(cè)面10cm，通過熱輻射的方式給坩堝托2進行加熱和保溫。其特征在于，石英坩堝l截面尺寸為690X690mrf正方形，高度為290mm;其中冷卻水套4下部安裝有升降裝置，使其可以上下移動，同時，由于冷卻水套4的移動使得石英坩堝1也隨之可以慢速地上下運動；結(jié)晶時，冷卻水套4中通入冷卻水導(dǎo)走熔硅凝固產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱。分凝模中，所述熱硅鉬棒3預(yù)熱溫度為14001450°C;下部冷卻水套4中冷卻水為34大氣壓，流量為25米3/分。分凝是多晶硅物理提純中重要的步驟，關(guān)乎雜質(zhì)的去除。而分凝模則是該步驟中重要關(guān)鍵的冶金設(shè)備。本實用新型一種多晶硅分凝模采用了鑄錠用標準石英坩堝。在實際操作中，有澆口澆入熔硅，通過控制坩堝下降速率和冷卻水壓力與流量，使得整個分凝過程變得更加可控，把待去除的雜質(zhì)盡量趕到最后凝固部分(即晶錠上部)，從而保證了分凝效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種多晶硅分凝模具有操作簡便、成本低和耗能少等優(yōu)點，具有很好的工業(yè)實用價值。采用本發(fā)明分凝模制備的多晶硅純度高，非常適合于制備太陽能級電池。圖1為本發(fā)明多晶硅分凝模的示意圖，其中，1為石英坩堝、2為坩堝托、3為加熱元件硅鉬棒、4為冷卻水套。具體實施方式實施例1熔硅500公斤，純度2N，溫度175(TC澆入已預(yù)熱好的分凝模內(nèi)(錠模預(yù)熱溫度1420°C)，蓋好上蓋并開啟冷卻水(水壓4atm，流量3-5t/min)，啟動坩堝下降裝置，隨熔硅凝固部分的增加，冷卻水流量逐漸增大。待分凝模內(nèi)熔硅完全凝固后，切除上部，使金屬硅提純。其具體參數(shù)如表l所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例2熔硅500公斤，純度2N，溫度1680°C，澆入上部保溫的分凝模內(nèi)，蓋好上蓋，開啟冷卻水(水壓4atm，流量3-5t/min)。上部對分凝用電阻加熱器加熱至1420°C，可保證熔硅從下向上順序凝固，待錠模內(nèi)熔體完全凝固，切除最后凝固部分，使金屬硅提純。其具體參數(shù)如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例3熔硅500公斤，純度2N，溫度1700°C，澆入上部保溫的分凝模內(nèi)，蓋好上蓋，開啟冷卻水(水壓3.5atm，流量2_5米3/min)。上部對錠模用電阻加熱器加熱至1500°C，可保證熔硅從下向上順序凝固，待錠模內(nèi)熔體完全凝固，切除最后凝固部分，使金屬硅提純。其具體參數(shù)如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>[0028]實施例4熔硅450公斤，純度2N，溫度1750°C澆入已預(yù)熱好的分凝模內(nèi)(錠模預(yù)熱溫度1430°C)，蓋好上蓋并開啟冷卻水(水壓4atm，流量2_5米3/min)，隨熔硅凝固部分的增加，冷卻水逐漸增大。待鑄錠模完全凝固后，切除上部，使金屬硅提純。其具體參數(shù)如表4所示。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種多晶硅提純用原位分凝模，由石英坩堝(1)、坩堝托(2)、加熱硅鉬棒(3)、冷卻水套(4)組成，石英坩堝(1)置于坩堝托(2)之中，坩堝托(2)底部置于冷卻水套(4)之上，加熱元件硅鉬棒(3)置于坩堝托(2)側(cè)面，距離外側(cè)面10cm，其特征在于坩堝截面為690×690mm2正方形，高度為290mm。2.如權(quán)利要求l所述的分凝模，其特征在于加熱硅鉬棒(3)通電后加熱，加熱溫度為14001600°C。3.如權(quán)利要求l所述的分凝模，其特征在于所述石英坩堝(1)內(nèi)部噴涂Si3^涂層。4.如權(quán)利要求l所述的分凝模，其特征在于所述坩堝托(2)由陶瓷耐火材料剛玉制成。5.如權(quán)利要求l所述的分凝模，其特征在于所述冷卻水套(4)中水壓力為3-4大氣壓，流量為2-5米3/分。專利摘要本實用新型公開了一種太陽能級多晶硅用的原位分凝模。該設(shè)備具有易于操作，成本低等優(yōu)點。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用該設(shè)備進行多晶硅的提純，可以節(jié)省一次熔硅的能量，大大降低能耗，對環(huán)境無污染。文檔編號C01B33/021GK201506710SQ20092021657公開日2010年6月16日申請日期2009年9月21日優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日發(fā)明者劉彩池,徐岳生,李幼斌,王海云,王繼炎,郎益謙,顧勵生申請人:天津希力斯新能源技術(shù)研發(fā)有限公司