低能耗多晶硅定向凝固裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多晶硅定向凝固裝置，具體涉及一種低能耗多晶硅定向凝固裝置，包括爐體，爐體內(nèi)放置有石英坩堝，石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體、保溫套筒和感應(yīng)線圈，石英坩堝底部設(shè)置有與爐體底部通連的水冷拉錠機構(gòu)，其特征在于石英坩堝和水冷拉錠機構(gòu)之間設(shè)置有石墨托板，石墨托板底部沿外圍方向與爐體內(nèi)底部之間等距設(shè)置有可橫向移動的活動支架。本實用新型所具有的有益效果是：結(jié)構(gòu)簡單，改裝方便，通過外加的活動支架實現(xiàn)了在多晶硅熔煉保溫過程中不需要與水冷拉錠機構(gòu)接觸支撐，從而避免了這個過程中的循環(huán)水冷卻，大大減少了能耗，對多晶硅定向凝固提純的規(guī)?；凸I(yè)化實施具有重要意義。
【專利說明】低能耗多晶硅定向凝固裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種多晶硅定向凝固裝置，具體涉及一種低能耗多晶硅定向凝固
>J-U裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國已成為世界能源生產(chǎn)和消費大國，但人均能源消費水平還很低。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，我國能源需求將持續(xù)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(fā)和應(yīng)用，減少對進口石油的依賴，加強能源安全。
[0003]作為可再生能源的重要發(fā)展方向之一的太陽能光伏發(fā)電近年來發(fā)展迅猛，其所占比重越來越大。根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，中國力爭使太陽能發(fā)電裝機容量達(dá)到1.8GW (百萬千瓦)，到2050年將達(dá)到600GW。預(yù)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(fā)電裝機將占到5%。預(yù)計2030年之前，中國太陽能裝機容量的復(fù)合增長率將高達(dá)25%以上。
[0004]太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展依賴于對多晶硅原料的提純。在對多晶硅原料進行提純的過程中，存在一個關(guān)鍵的、必不可少的環(huán)節(jié)，就是對多晶硅原料進行定向凝固提純，所用到的定向凝固技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金提純領(lǐng)域。利用多晶硅原料中硅與金屬雜質(zhì)之間的分凝系數(shù)存在較大差異的這一特點，在凝固過程中，石英坩堝底端的硅液首先開始凝固，為達(dá)到分凝平衡，分凝系數(shù)小的雜質(zhì)從凝固的硅中向液態(tài)不斷擴散分離出來而聚集在液態(tài)，隨著凝固不斷進行，金屬雜質(zhì)在液態(tài)中的濃度越來越高，最后在鑄錠的頂端凝固下來，凝固完成后在較高溫度下保溫一段時間，使各成分充分?jǐn)U散以達(dá)到分凝平衡，最后將金屬雜質(zhì)含量較聞的一端去除，得到提純的多晶娃鑄淀。
[0005]目前定向凝固技術(shù)基本上都采用石英坩堝下拉的方式使多晶硅定向凝固，下拉是將石英坩堝逐漸拉出熱場區(qū)域，實現(xiàn)石英坩堝下拉的設(shè)備采用水冷拉錠機構(gòu)，水冷拉錠機構(gòu)上部采用水冷銅盤的設(shè)計對石英坩堝底部進行循環(huán)水冷卻，使得硅熔體進行定向凝固，由于水冷拉錠機構(gòu)還需要起到支撐石英坩堝的作用，再加上水冷銅盤自身熔點低，因此需要在熔煉和定向凝固的整個過程中都存在循環(huán)水冷卻，這種方式會將大量的熱能帶走，從而增大了能耗。
實用新型內(nèi)容
[0006]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種低能耗多晶硅定向凝固裝置，通過減少循環(huán)冷卻水的通入時間，從而降低能耗。
[0007]本實用新型所述的一種低能耗多晶硅定向凝固裝置，包括爐體，爐體內(nèi)放置有石英坩堝，石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體、保溫套筒和感應(yīng)線圈，石英坩堝底部設(shè)置有與爐體底部通連的水冷拉錠機構(gòu)，石英坩堝和水冷拉錠機構(gòu)之間設(shè)置有石墨托板，石墨托板底部沿外圍方向與爐體內(nèi)底部之間等距設(shè)置有可橫向移動的活動支架。[0008]本實用新型中石墨托板選用高純高致密石墨材料，從而能夠滿足對石英坩堝的支撐力要求?？蓹M向移動的活動支架需要通過連接傳動桿與爐體外置的電機相連，實現(xiàn)從石墨托板底部向爐壁方向的橫向移動。
[0009]其中，爐體內(nèi)底部與活動支架相接觸位置處優(yōu)選設(shè)置有滑槽，方便活動支架的橫向移動。
[0010]石墨托板底部沿外圍方向與爐體內(nèi)底部之間等距設(shè)置有3?4組活動支架。由于爐體內(nèi)部空間有限，活動支架的設(shè)置數(shù)量不宜過多，只要滿足能夠支撐石英坩堝即可。
[0011]本實用新型的工作過程如下:
[0012](I)將活動支架位于石墨托板底部外圍，使水冷拉錠機構(gòu)向下運動，使其不接觸石墨托板，然后將硅料放置于石英坩堝內(nèi)，開啟機械泵、羅茨泵對爐體抽真空。
[0013](2)開啟感應(yīng)線圈，對石墨發(fā)熱體作用，使石英坩堝內(nèi)硅料升溫熔化形成硅熔體。
[0014](3)保溫后，依次關(guān)閉羅茨泵和機械泵。向爐體內(nèi)充入氬氣，啟動水冷拉錠機構(gòu)，并且開始通入循環(huán)冷卻水，將水冷拉錠機構(gòu)向上運動使其頂住石墨托板，然后開啟爐體外置的電機，控制活動支架向爐壁方向橫向移動從而脫離對石墨托板及石英坩堝的支撐；
[0015](4)水冷拉錠機構(gòu)開始向下運動，對石英坩堝內(nèi)的硅液進行定向凝固；
[0016](5)直至硅熔體完全被冷卻凝固后，停止對感應(yīng)線圈通電，停止水冷拉錠機構(gòu)運轉(zhuǎn)，操作結(jié)束。
[0017]本實用新型所具有的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單，改裝方便，通過外加的活動支架實現(xiàn)了在多晶硅熔煉保溫過程中不需要與水冷拉錠機構(gòu)接觸支撐，從而避免了這個過程中的循環(huán)水冷卻，大大減少了能耗，對多晶硅定向凝固提純的規(guī)?；凸I(yè)化實施具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖中:1、爐體2、石英坩堝3、石墨發(fā)熱體4、保溫套筒5、感應(yīng)線圈6、水冷拉錠機構(gòu)7、石墨托板8、活動支架9、滑槽。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。
[0021]實施例1:
[0022]如圖1所示，一種低能耗多晶硅定向凝固裝置，包括爐體1，爐體I內(nèi)放置有石英坩堝2，石英坩堝2外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體3、保溫套筒4和感應(yīng)線圈5，石英坩堝2底部設(shè)置有與爐體I底部通連的水冷拉錠機構(gòu)6，石英坩堝2和水冷拉錠機構(gòu)6之間設(shè)置有石墨托板7，石墨托板7底部沿外圍方向與爐體I內(nèi)底部之間等距設(shè)置有可橫向移動的活動支架8。
[0023]本裝置中石墨托板7選用高純高致密石墨材料，從而能夠滿足對石英坩堝2的支撐力要求。可橫向移動的活動支架8需要通過連接傳動桿與爐體外置的電機相連，實現(xiàn)從石墨托板7底部向爐壁方向的橫向移動。
[0024]其中，爐體I內(nèi)底部與活動支架8相接觸位置處設(shè)置有滑槽9，方便活動支架8的橫向移動。[0025]石墨托板7底部沿外圍方向與爐體I內(nèi)底部之間等距設(shè)置有4組活動支架8。由于爐體I內(nèi)部空間有限，活動支架8的設(shè)置數(shù)量不宜過多，只要滿足能夠支撐石英坩堝2即可。
[0026]本裝置的工作過程如下:
[0027](I)將活動支架8位于石墨托板7底部外圍，使水冷拉錠機構(gòu)6向下運動，使其不接觸石墨托板7，然后將工業(yè)硅500kg放置于石英坩堝2內(nèi)，開啟機械泵、羅茨泵對爐體I抽真空。
[0028](2)開啟感應(yīng)線圈5，對石墨發(fā)熱體3作用，使石英坩堝2內(nèi)硅料升溫熔化形成硅熔體。
[0029](3)保溫后，依次關(guān)閉羅茨泵和機械泵。向爐體I內(nèi)充入氬氣，啟動水冷拉錠機構(gòu)6，并且開始通入循環(huán)冷卻水，將水冷拉錠機構(gòu)6向上運動使其頂住石墨托板7，然后開啟爐體I外置的電機，控制活動支架8向爐壁方向橫向移動從而脫離對石墨托板7及石英坩堝2的支撐；
[0030](4)水冷拉錠機構(gòu)6開始向下運動，對石英坩堝2內(nèi)的硅液進行定向凝固；
[0031](5)直至硅熔體完全被冷卻凝固后，停止對感應(yīng)線圈5通電，停止水冷拉錠機構(gòu)6運轉(zhuǎn)，操作結(jié)束。
[0032]對于500kg的硅料，相同的升溫功率200KW下，現(xiàn)有技術(shù)升溫時間為11.75h，本裝置升溫速度較常規(guī)設(shè)備快，僅為10.5h ;保溫階段，現(xiàn)有技術(shù)需要76kW，采用該裝置后保溫階段功率僅需58kW。同樣還節(jié)約了在熔煉和保溫兩步過程中通入循環(huán)冷卻水的能耗。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，改裝方便，通過外加的活動支架8實現(xiàn)了在多晶硅熔煉保溫過程中不需要與水冷拉錠機構(gòu)6接觸支撐，從而避免了這個過程中的循環(huán)水冷卻，大大減少了能耗，對多晶硅定向凝固提純的規(guī)?；凸I(yè)化實施具有重要意義。
【權(quán)利要求】
1.一種低能耗多晶硅定向凝固裝置，包括爐體(1)，爐體(I)內(nèi)放置有石英坩堝(2)，石英坩堝(2)外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞設(shè)置有石墨發(fā)熱體(3)、保溫套筒(4)和感應(yīng)線圈(5)，石英坩堝(2)底部設(shè)置有與爐體(I)底部通連的水冷拉錠機構(gòu)(6)，其特征在于石英坩堝(2)和水冷拉錠機構(gòu)(6)之間設(shè)置有石墨托板(7)，石墨托板(7)底部沿外圍方向與爐體(I)內(nèi)底部之間等距設(shè)置有可橫向移動的活動支架(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗多晶硅定向凝固裝置，其特征在于爐體(I)內(nèi)底部與活動支架(8)相接觸位置處設(shè)置有滑槽(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低能耗多晶硅定向凝固裝置，其特征在于石墨托板(7)底部沿外圍方向與爐體(I)內(nèi)底部之間等距設(shè)置有3?4組活動支架(8)。
【文檔編號】C01B33/037GK203382513SQ201320435296
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月20日
【發(fā)明者】譚毅, 劉子成, 鄒瑞洵, 溫書濤, 袁濤, 陳磊, 王麗娜, 龐大宇, 榮文嘉 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司