一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料及制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料及制備方法，生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料由原生免洗多晶硅90~120kg；菜籽多晶硅5~30kg；碎多晶硅15~30kg；母合金1.7~3g按照一定比例，經(jīng)過(guò)投料，拉晶，收尾，截晶，切割而成，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明生產(chǎn)出的方型硅芯優(yōu)點(diǎn)在于晶體單一晶向生長(zhǎng)，晶體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，切割時(shí)不易斷裂，雜質(zhì)在晶體中有一定的分布規(guī)律，電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定；提高多晶硅產(chǎn)量、節(jié)能降耗；方型硅芯截面積大、強(qiáng)度高，承載能力大，同時(shí)方型硅芯尺寸標(biāo)準(zhǔn)和卡瓣夾持垂直度容易保證，搭橋用圓錐榫連接十分可靠，大大降低了還原爐倒?fàn)t的可能性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅的生產(chǎn)，尤其涉及一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是晶體硅材料的一種，是主要的光伏材料之一，被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，隨著半導(dǎo)體材料的發(fā)展和新能源的需求，人們對(duì)多晶硅的需求也越來(lái)越大，目前行業(yè)內(nèi)多晶硅的生產(chǎn)主要為西門(mén)子法和硅烷法，其中西門(mén)子法應(yīng)用廣泛，改良后的西門(mén)子法更是得到了大力的推廣。
[0003]西門(mén)子法生產(chǎn)多晶娃時(shí)所用的娃芯主要為圓娃芯，圓娃芯米用原生多晶娃母棒料，用區(qū)熔法拉制，其純度高，但生產(chǎn)成本也高，生產(chǎn)效率低，以目前國(guó)內(nèi)的區(qū)熔爐，每爐只能生產(chǎn)10根圓硅芯，圓硅芯的直徑控制是通過(guò)拉速和溫度調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，自動(dòng)控制較困難，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，技術(shù)水平要求高，硅芯尺寸公差也較大，導(dǎo)致使用中電流密度不均勻，容易產(chǎn)生亮點(diǎn)，發(fā)軟而倒?fàn)t；硅芯在安裝時(shí)因粗細(xì)不均勻，在卡瓣中呈點(diǎn)接觸而使得垂直安裝困難，導(dǎo)致在多晶硅長(zhǎng)粗后承重偏心而倒?fàn)t；圓硅芯搭橋橫梁是采用丫叉擱放方式，接觸面小，在高壓擊穿和較大氣流動(dòng)時(shí)容易跌落而倒?fàn)t。多晶硅生產(chǎn)中發(fā)生倒?fàn)t是一種十分麻煩的事，不僅要重啟拆爐、開(kāi)爐啟動(dòng)程序，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至還會(huì)引起安全事故，嚴(yán)重影響企業(yè)的安全連續(xù)生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中使用圓硅芯生產(chǎn)多晶硅生產(chǎn)效率低，且易倒?fàn)t的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料及制備方法，利用單晶生產(chǎn)工藝生產(chǎn)N型硅芯圓棒，后利用娃芯切割機(jī)切割成方型娃芯，每爐可生產(chǎn)80?123根方型娃芯代替圓娃芯,在同等條件下，提聞原生多晶娃廣能，降低生廣成本。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:
一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料，其特征在于:它由下述原料按照一定比例制備:原生免洗多晶硅90?120kg ;菜籽多晶硅5?30kg ;碎多晶硅15?30kg ;母合金1.7?3g。
[0006]所述母合金為電阻率0.003-0.0055Q*cm的N型母合金。
[0007]所述母合金為電阻率0.004Q*cm的N型母合金。
[0008]一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料的制備方法，它包括以下步驟:
(1)投料:生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料首爐投料，選取原料按照權(quán)利要求1所述配比混合均勻后，投放進(jìn)坩堝中，每次投料量為14(T220kg ；
(2)拉晶:將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，生產(chǎn)N型硅芯圓棒；對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；
(3)截晶:截掉硅芯圓棒頭尾兩端，使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的有效長(zhǎng)度為2400 ± 2mm或2500 ± 2mm ；
(4)切割:將均勻圓柱形硅棒線(xiàn)切割，加工成方型硅芯；
(5)生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料第二爐及以后每爐的投料，按照原生免洗多晶硅90?120kg ;菜籽多晶硅5?30kg ;碎多晶硅15?30kg ;N型硅芯邊皮20?36kg ;碎多晶硅15^30kg ;母合金1.7?3g，配比混合均勻，投放進(jìn)坩堝中，每次投料量為14(T220kg，然后重復(fù)第2至第4步操作。
[0009]所述N型硅芯邊皮、N型硅芯頭尾料均為首爐生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料所產(chǎn)生的邊角料。
[0010]所述拉晶過(guò)程中，如果6小時(shí)內(nèi)未進(jìn)行引晶、放肩工作，則需要測(cè)熔料電阻，電阻合格方可繼續(xù)進(jìn)行引晶、放肩工作；若熔料電阻不合格，則需補(bǔ)摻摻雜劑，然后繼續(xù)操作。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明生產(chǎn)出的方型硅芯優(yōu)點(diǎn)在于:
方型硅芯由于晶體單一晶向生長(zhǎng)，晶體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，在切割為方型硅芯的過(guò)程中不易斷裂，且由于雜質(zhì)在晶體中有一定的分布規(guī)律，電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
[0012]提高多晶硅產(chǎn)量、節(jié)能降耗:使用方型硅芯給生產(chǎn)原生多晶硅的工藝水平帶來(lái)了十分顯著的提高，8X8方型硅芯與Φ8圓硅芯相比，表面積增加27%，加上線(xiàn)切時(shí)留下的線(xiàn)痕進(jìn)一步增大表面積，使還原初始的多晶硅沉積速度有效提高。同時(shí)方型硅芯可以方便生產(chǎn)多種尺寸規(guī)格，例如8X8、10X 10、12X 12、15X 15等，以利于提高初始的生產(chǎn)速度，從而縮短爐周期以提高產(chǎn)量降低能耗。以10X10的方型硅芯與目前大多數(shù)工廠使用的Φ8圓硅芯相比，多晶硅的生長(zhǎng)速率提高了 3%左右，爐周期縮短近20小時(shí)，降低電耗2萬(wàn)度。
[0013]由于方型硅芯截面積大強(qiáng)度高，承載能力大，同時(shí)方型硅芯尺寸標(biāo)準(zhǔn)和卡瓣夾持垂直度容易保證，搭橋用錐頭錐孔結(jié)構(gòu)，連接十分可靠，大大降低了還原爐倒?fàn)t的風(fēng)險(xiǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下結(jié)合具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0015]實(shí)施例1
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶硅90kg、菜籽多晶硅10kg、碎多晶硅15kg、N型硅芯邊皮20kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.7g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在170_174mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后,對(duì)圓棒進(jìn)行收尾,要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯，共得到方型硅芯80根，每根方硅芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0016]實(shí)施例2
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶硅94kg、菜籽多晶硅10kg、碎多晶硅21kg、N型硅芯邊皮30kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.8g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在183_187mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后,對(duì)圓棒進(jìn)行收尾,要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯，共得到方型硅芯92根，每根方硅芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0017]實(shí)施例3
選用23寸坩堝H440，投放原生免洗多晶硅91kg、菜籽多晶硅15kg、碎多晶硅25kg、N型硅芯邊皮35kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在185_189mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2500±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型娃芯，得到方型娃芯97根，每根方娃芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0018]實(shí)施例4
選用23寸坩堝H440，投放原生免洗多晶硅100kg、菜籽多晶硅21kg、碎多晶硅30kg、N型硅芯邊皮35kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.7g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在196-200mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2500±2mm ;將均勻圓柱形硅棒線(xiàn)切割，力口工成方型娃芯，得到方型娃芯112根,每根方娃芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0019]實(shí)施例5
選用坩堝H395，投放原生免洗多晶硅100kg、菜籽多晶硅5kg、碎多晶硅26kg、N型硅芯邊皮25kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金1.8g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在179_183mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2500±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯，得到方型硅芯89根，每根方硅芯電阻率平均值為20 ^40Q*cmo
[0020]實(shí)施例6
選用坩堝H395，投放原生免洗多晶硅115kg、菜籽多晶硅5kg、碎多晶硅25kg、N型硅芯邊皮21kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在189_193mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯，得到方型硅芯98根，每根方硅芯電阻率平均值為2(T40Q*cm。
[0021]實(shí)施例7
選用坩堝H440，投放原生免洗多晶硅102kg、菜籽多晶硅18kg、碎多晶硅28kg、N型硅芯邊皮30kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.6g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在196-200mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后,對(duì)圓棒進(jìn)行收尾,要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯,共得到方型硅芯112根，每根方硅芯電阻率平均值為2(Γ40Ω.αιι。
[0022]實(shí)施例8
選用坩堝Η440，投放原生免洗多晶硅105kg、菜籽多晶硅26kg、碎多晶硅30kg、N型硅芯邊皮36kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金2.8g ;將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在205-209mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型硅芯,共得到方型硅芯121根，每根方硅芯電阻率平均值為2(Γ40Ω.αιι。
[0023]實(shí)施例9
選用23寸坩堝Η440，投放原生免洗多晶硅120kg、菜籽多晶硅30kg、碎多晶硅30kg、N型硅芯邊皮34kg、N型硅芯頭尾料5kg和電阻率為0.004Q*cm的N型母合金3g，將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，晶體生長(zhǎng)直徑控制在216_220mm,生產(chǎn)N型娃芯圓棒；娃芯圓棒拉制成型后，對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80mm或收尾斷面小于50mm其中之一；截掉娃芯圓棒頭尾兩端,使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的長(zhǎng)度為2400±2mm ;將均勻圓柱形娃棒線(xiàn)切割,加工成方型娃芯，得到方型娃芯123根,每根方娃芯電阻率平均值為20?40Ω.αιι。
[0024]一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料，選取不同配比的原料，按照投料、拉晶、收尾、截晶、切割的工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，能夠得到數(shù)量較多的電阻率較高的方型硅芯材料，所述的碎多晶為粒徑較小的多晶硅，市場(chǎng)均可購(gòu)買(mǎi)到。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料，其特征在于:它由下述原料按照一定比例制備:原生免洗多晶硅9(Tl20kg ;菜籽多晶硅5?30kg ;碎多晶硅15?30kg ;母合金1.7?3g。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料，其特征在于:所述母合金為電阻率0.003?0.0055Q*cm的N型母合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料，其特征在于:所述母合金為電阻率0.004Q*cm的N型母合金。
4.一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟: (1)投料:生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料首爐投料，選取原料按照權(quán)利要求1所述配比混合均勻后，投放進(jìn)坩堝中，每次投料量為14(T220kg ； (2)拉晶:將所投物料加熱熔融，待熔料穩(wěn)定溫度2小時(shí)后，進(jìn)行引晶、放肩、等徑、收尾等工作，生產(chǎn)N型硅芯圓棒；對(duì)圓棒進(jìn)行收尾，要求滿(mǎn)足收尾長(zhǎng)度大于80_或收尾斷面小于50mm其中之一； (3)截晶:截掉硅芯圓棒頭尾兩端，使圓棒成為一個(gè)均勻的圓柱形，要求截掉頭尾后圓棒的有效長(zhǎng)度為2400 ± 2mm或2500 ± 2mm ； (4)切割:將均勻圓柱形硅棒線(xiàn)切割，加工成方型硅芯； (5)生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料第二爐及以后每爐的投料，按照原生免洗多晶硅90?120kg ;菜籽多晶硅5?30kg ;碎多晶硅15?30kg ;N型硅芯邊皮20?36kg ;碎多晶硅15?30kg ;母合金1.7?3g配比混合均勻，投放進(jìn)坩堝中，每次投料量為14(T220kg，然后重復(fù)第2至第4步操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料的制備方法，其特征在于，所述N型硅芯邊皮、N型硅芯頭尾料均為首爐生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料所產(chǎn)生的邊角料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生產(chǎn)原生多晶硅用方型硅芯材料的制備方法，其特征在于:所述拉晶過(guò)程中，如果6小時(shí)內(nèi)未進(jìn)行引晶、放肩工作，則需要測(cè)熔料電阻，電阻合格方可繼續(xù)進(jìn)行引晶、放肩工作；若熔料電阻不合格，則需補(bǔ)摻摻雜劑，然后繼續(xù)操作。
【文檔編號(hào)】C30B28/10GK104264221SQ201410457411
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】林會(huì)社 申請(qǐng)人:河南協(xié)鑫光伏科技有限公司