本實用新型專利是一種用物理法低成本去除太陽能級多晶硅中金屬雜質(zhì)的設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，在物理法生產(chǎn)太陽能級多晶硅的工藝中，一個重要的環(huán)節(jié)就是利用定向凝固原理去除金屬雜質(zhì)。即將熔化的硅液注入坩堝中，在坩堝中的硅液凝固過程中采用強(qiáng)制手段，在尚未凝固的硅液中建立起特定方向的溫度梯度，從而使硅液沿著與熱流相反的方向逐漸凝固，由于分凝系數(shù)的不同，金屬雜質(zhì)在液態(tài)硅中的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在固態(tài)硅中的含量，這樣就使原來在全體硅液中的金屬雜質(zhì)大量聚集在最后階段凝固的固態(tài)硅中，這樣就達(dá)到了去除金屬雜質(zhì)的目的。

見圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)方案中，先用熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝將原料硅熔化成硅液，然后再將硅液注入定向凝固坩堝中進(jìn)行定向凝固以去除金屬雜質(zhì)。

上述技術(shù)方案有以下兩個嚴(yán)重缺陷：

(1)為提高生產(chǎn)效率，熔煉中頻感應(yīng)爐中的熔煉坩堝的容量很大，達(dá)到1.5噸以上，造成其倒出的硅液也在1.5噸以上，而由于工藝的限制，熔煉中頻感應(yīng)爐中的熔煉坩堝與定向凝固坩堝的坩堝底高度差在2米以上，在倒出的過程中由于卷吸效應(yīng)，大量的空氣被卷入到硅液中。

(2)由于熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝的材質(zhì)是剛玉，其最高連續(xù)使用溫度不超過1650℃，所以從熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝中倒出的硅液的溫度也不會超過1650℃，在硅液注入定向凝固坩堝后，溫度迅速下降，粘度增加，而為了防止溫度的過分下降，被迫加大從中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝倒出的硅液的速度，以縮短倒硅液的時間，這就使空氣被卷入到硅液中的問題更加嚴(yán)重，卷入的空氣很難上浮逸出從而形成氣泡，最后被滯留在凝固的硅錠中形成氣孔，給以后的硅錠開方工序造成嚴(yán)重困難，造成產(chǎn)品合格率大大下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對現(xiàn)有的技術(shù)方案存在的問題，提供一種消除澆注硅液時被卷入到內(nèi)部的空氣的設(shè)備，它可以基本消除注入到定向凝固坩堝中的硅液內(nèi)部的氣泡，防止硅錠內(nèi)部產(chǎn)生氣孔。

本實用新型的目的可以通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種消除澆注硅液時內(nèi)部產(chǎn)生氣孔的設(shè)備，包括熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝，熔煉中頻感應(yīng)爐中設(shè)有熔煉坩堝；在熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝一側(cè)的場地上設(shè)置一臺緩沖中頻感應(yīng)爐，其內(nèi)部安裝石墨坩堝；緩沖中頻感應(yīng)爐中的石墨坩堝外纏繞上、下兩套獨(dú)立的感應(yīng)線圈：上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈；緩沖中頻感應(yīng)爐下部裝有電動輪，電動輪坐落在軌道上；在軌道旁設(shè)有冷卻水溝，為緩沖中頻感應(yīng)爐提供冷卻循環(huán)水源。

石墨坩堝的容量與定向凝固坩堝的容量一樣。

緩沖中頻感應(yīng)爐由場地上空的滑動接觸線提供三相380V工作電源。

上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈由電源獨(dú)立供電，其中上感應(yīng)線圈工作頻率為600Hz，下感應(yīng)線圈工作頻率為200Hz。

緩沖中頻感應(yīng)爐上部有保護(hù)罩，在保護(hù)罩上裝有氬氣吹入管。

電動輪由伺服電機(jī)帶動，可沿軌道縱向在熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝之間運(yùn)動。

本實用新型的效果為：

本實用新型中由于增加了緩沖中頻感應(yīng)爐，使最終凝固的硅錠中就不會出現(xiàn)氣泡，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，給以后的硅錠開方工序造成便利，極大提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為在目前的物理法生產(chǎn)太陽能級多晶硅的工藝中，去除金屬雜質(zhì)的設(shè)備示意圖；

圖2為本實用新型工作狀態(tài)示意圖；

圖3為本實用新型設(shè)備中緩沖中頻感應(yīng)爐的石墨坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：熔煉中頻感應(yīng)爐1，硅液2，熔煉坩堝3，緩沖中頻感應(yīng)爐4，定向凝固坩堝5，氬氣吹入管6，石墨坩堝7，上感應(yīng)線圈8，下感應(yīng)線圈9，軌道10，保護(hù)罩11，冷卻水溝12。

具體實施方式

參見圖2，本實用新型消除澆注硅液時內(nèi)部產(chǎn)生氣孔的設(shè)備，包括熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5，熔煉中頻感應(yīng)爐1中設(shè)有熔煉坩堝3。在熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5一側(cè)的場地上設(shè)置一臺緩沖中頻感應(yīng)爐4，其內(nèi)部安裝石墨坩堝7。該石墨坩堝7的容量與定向凝固坩堝5的容量基本一樣。緩沖中頻感應(yīng)爐4的結(jié)構(gòu)見圖3所示。緩沖中頻感應(yīng)爐4中的石墨坩堝7外纏繞上、下兩套獨(dú)立的感應(yīng)線圈：上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9。上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9由電源獨(dú)立供電，其中上感應(yīng)線圈8工作頻率為600Hz，下感應(yīng)線圈9工作頻率為200Hz。緩沖中頻感應(yīng)爐4上部有保護(hù)罩11，在保護(hù)罩11上裝有氬氣吹入管6。緩沖中頻感應(yīng)爐4下部裝有電動輪(圖中未示)，電動輪坐落在軌道10上。該電動輪由伺服電機(jī)帶動，可以沿軌道10縱向按要求的速度和位置在熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5之間運(yùn)動。緩沖中頻感應(yīng)爐4由場地上空的滑動接觸線提供三相380V工作電源；在軌道10旁設(shè)有冷卻水溝12，為緩沖中頻感應(yīng)爐4提供冷卻循環(huán)水源，以保證緩沖中頻感應(yīng)爐4在沿軌道10縱向移動時能保證電源及冷卻水的供應(yīng)不至于中斷。

使用緩沖中頻感應(yīng)爐4之前，先給上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9同時通電以預(yù)熱石墨坩堝7，此時還通過保護(hù)罩11上的氬氣吹入管6吹入氬氣，以保護(hù)石墨坩堝7不會在高溫下被氧化。當(dāng)石墨坩堝7預(yù)熱到1600℃以上后，即可將緩沖中頻感應(yīng)爐4通過軌道10運(yùn)行到與熔煉中頻感應(yīng)爐1完全對正的位置(圖2的下面位置)，此時移開保護(hù)罩11并傾動熔煉中頻感應(yīng)爐1，將熔煉坩堝3中的硅液2倒入緩沖中頻感應(yīng)爐4的石墨坩堝7內(nèi)，此時，與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相仿，石墨坩堝7內(nèi)的硅液2中含有大量的氣泡。

再將保護(hù)罩11蓋到石墨坩堝7上并繼續(xù)通過氬氣吹入管6吹入氬氣，以保護(hù)石墨坩堝7不會在高溫下被氧化，同時繼續(xù)給上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈10同時通電。下感應(yīng)線圈10的工作頻率為200Hz，對應(yīng)的電磁透入深度大，可以使電磁攪拌力進(jìn)入到石墨坩堝7中下部硅液2的內(nèi)部，既起到加熱硅液2以降低其粘度的作用，又有強(qiáng)烈的攪拌作用，促使硅液2中的氣泡上浮到表面逸出。而上感應(yīng)線圈10的工作頻率為600Hz，對應(yīng)的電磁透入深度較小，只是起到加熱硅液2以降低其粘度的作用，使硅液2中下層的氣泡順利上浮并逸出，又不至于由于硅液2的劇烈翻滾而對石墨坩堝7造成劇烈沖刷而降低其使用壽命。

當(dāng)緩沖中頻感應(yīng)爐4工作十分鐘以上時，石墨坩堝7內(nèi)部的硅液2溫度達(dá)到1850℃以上且表面無氣泡逸出(注意：觀察氣泡的溢出應(yīng)戴上墨鏡用肉眼觀察，否則會燒傷眼球且看不清楚)，此時將緩沖中頻感應(yīng)爐4通過軌道10運(yùn)行到與定向凝固坩堝5完全對正的位置(圖2的上面位置)，此時移開保護(hù)罩11并傾動緩沖中頻感應(yīng)爐4，將坩堝7中的硅液2倒入定向凝固坩堝5內(nèi)。此時，由于石墨坩堝7內(nèi)的硅液2溫度達(dá)到1850℃以上，粘度很低，即使在倒入硅液2的過程中卷入一些空氣，也會迅速上浮到硅液2表面逸出，最終凝固的硅錠中就不會出現(xiàn)氣泡。

將倒空的石墨坩堝7恢復(fù)到正常位置并再蓋上保護(hù)罩11，關(guān)掉上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈10的電源，通過氬氣吹入管6繼續(xù)吹入氬氣，直到石墨坩堝7的溫度下降到350℃以下時，方可停止繼續(xù)吹入氬氣，等待下一次使用。