CN102862986A - 冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法 - Google Patents

冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法 Download PDF

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张振海
杨大伟
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Abstract

本发明提供了一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法，所述定向凝固器炉壳内依次设有保温膨胀层、耐火层、高纯石英粉涂层和氮化硅涂层，石墨加热板设置在炉壳的上部，所述底座内设有通气或者通水的管路。方法是将硅液装入定向凝固器后，把石墨加热板放入硅液下部，然后把定向凝固器整体放在底座上对定向凝固器的底部进行冷却，定向凝固时间为8～15小时。本发明的定向凝固器除高纯石英粉涂层和氮化硅涂层不能多次使用外，保温膨胀层和耐火层均可多次重复使用。采用定向凝固器底部冷却和移动加热炭板的工艺，达到分凝除杂的目的。与常规的定向凝固装置相比其结构简单、制造成本低，定向凝固时间短，一次定向凝固的产量高。

Description

冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法
技术领域
本发明涉及一种生产太阳能多晶硅用的定向凝固器及使用该定向凝固器生产多晶硅的方法。
背景技术
目前，高纯硅的生产方法主要有西门子法和冶金法两种，但无论哪一种方法，都要用到定向凝固工艺和坩埚。定向凝固都是采用铸锭炉，大约需要50-60小时出一炉，每炉产量一般为450公斤，耗电最低都在10000kwh以上。采用的坩埚都是高纯石英陶瓷烧制的石英坩埚，内部涂氮化硅层，这种坩埚目前最大容量只有450公斤，市场价格均在4000元以上，而且这种产品是一次性的。太阳能行业发展迟缓的最大原因就是多晶硅生产工艺复杂，成本居高不下。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有多晶硅生产工艺复杂，生产成本高的问题，进而提供一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器及多晶硅生产方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器，包括：石墨加热板、氮化硅涂层、高纯石英粉涂层、耐火层、保温膨胀层、炉壳和底座，所述炉壳设置在底座的上面，炉壳内依次设有保温膨胀层、耐火层、高纯石英粉涂层和氮化硅涂层，石墨加热板设置在炉壳的上部，所述底座内设有通气或者通水的管路，底座上设有通气或者通水的管路接口，所述炉壳为钢质结构，炉壳的厚度为18～25mm，所述保温膨胀层的材料为保温纤维毡，保温膨胀层的厚度为20～40mm，所述耐火层的材质是粘土砖或高铝砖，耐火层的厚度为65～100mm，所述高纯石英粉涂层的厚度为5～10mm，所述氮化硅涂层的厚度为2～5mm，所述定向凝固器装盛硅液的容量为800～2000千克。
一种使用冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器生产多晶硅的方法，将硅液装入定向凝固器后，把石墨加热板放入硅液下部，然后把定向凝固器整体放在底座上对定向凝固器的底部进行冷却，并缓慢向上移动石墨加热板，使定向凝固器内下部的硅液逐渐凝固；定向凝固的时间为8～15小时，最后定向凝固器上部剩余的硅液返回上一提纯工艺流程重新进行提纯。
本发明的定向凝固器除高纯石英粉涂层和氮化硅涂层不能多次使用外，保温膨胀层和耐火层均可多次重复使用。本发明的工艺采用定向凝固器底部冷却工艺，达到除杂的目的。本发明降低了生产成本，缩短了定向凝固时间，增加了一次定向凝固的产量，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器的外部结构示意图；
图2是本发明一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器的剖面结构示意图；
图3是本发明一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器的俯视图；
图4是本发明一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器的立体结构示意图。
图中附图标记9是硅液。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图4所示，本实施例所涉及的一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器，包括：石墨加热板1、氮化硅涂层2、高纯石英粉涂层3、耐火层4、保温膨胀层5、炉壳6和底座7，所述炉壳6设置在底座7的上面，炉壳6内依次设有保温膨胀层5、耐火层4、高纯石英粉涂层3和氮化硅涂层2，石墨加热板1设置在炉壳6的上部，所述底座7内设有通气或者通水的管路，底座7上设有通气或者通水的管路接口8，所述炉壳6为钢质结构，炉壳6的厚度为18～25mm，所述保温膨胀层5的材料为保温纤维毡，保温膨胀层5的厚度为20～40mm，所述耐火层4的材质是粘土砖或高铝砖，耐火层4的厚度为65～100mm，所述高纯石英粉涂层3的厚度为5～10mm，所述氮化硅涂层2的厚度为2～5mm，所述定向凝固器装盛硅液的容量为800～2000千克。
所述炉壳6为方形结构或圆形结构，所述保温膨胀层5、耐火层4、高纯石英粉涂层3和氮化硅涂层2随炉壳6为方形结构或圆形结构。
所述炉壳6的厚度为20mm。
所述保温膨胀层5的厚度为30mm。
所述耐火层4的厚度为80mm。
所述高纯石英粉涂层3的厚度为7mm，
所述氮化硅涂层2的厚度为3mm。
本发明定向凝固器放于底座上，该底座可以对定向凝固器下部进行冷却。定向凝固器内的硅液中有一浸入式加热装置即石墨加热板，以保持与其接触的硅液一直处于液态。
一种使用冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器生产多晶硅的方法，将硅液装入定向凝固器后，把浸入式加热装置即石墨加热板放入硅液下部，然后把定向凝固器整体放在底座上对定向凝固器的底部进行冷却，并缓慢向上移动石墨加热板，使定向凝固器内下部的硅液逐渐凝固；定向凝固的时间为8～15小时，最后定向凝固器上部剩余的硅液返回上一提纯工艺流程重新进行提纯。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冶金法生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，包括：石墨加热板、氮化硅涂层、高纯石英粉涂层、耐火层、保温膨胀层、炉壳和底座，所述炉壳设置在底座的上面，炉壳内依次设有保温膨胀层、耐火层、高纯石英粉涂层和氮化硅涂层，石墨加热板设置在炉壳的上部，所述底座内设有通气或者通水的管路，底座上设有通气或者通水的管路接口，所述炉体和墨加热板及底座之间是完全独立的结构，可以移动和分离；所述炉断壳为钢质结构，炉壳的厚度为18～25mm，所述保温膨胀层的材料为保温纤维毡，保温膨胀层的厚度为20～40mm，所述耐火层的材质是粘土砖或高铝砖，耐火层的厚度为65～100mm，所述高纯石英粉涂层的厚度为5～10mm，所述氮化硅涂层的厚度为2～5mm，所述定向凝固器装盛硅液的容量为800～2000千克。
2.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述炉壳为方形结构或圆形结构。
3.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述炉壳的厚度为20mm。
4.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述保温膨胀层的厚度为30mm。
5.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述耐火层的厚度为80mm。
6.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述高纯石英粉涂层的厚度为7mm。
7.根据权利要求1所述的生产太阳能多晶硅用定向凝固器，其特征在于，所述氮化硅涂层的厚度为3mm。
8.一种使用权利要求1所述定向凝固器生产多晶硅的方法，其特征在于，将硅液装入定向凝固器后，把石墨加热板放入硅液下部，然后把定向凝固器整体放在底座上对定向凝固器的底部进行冷却，并缓慢向上移动石墨加热板，使定向凝固器内下部的硅液逐渐凝固；定向凝固的时间为8～15小时，最后定向凝固器上部剩余的硅液返回上一提纯工艺流程重新进行提纯。
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