[实用新型]三位一体多晶硅定向结晶炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生产多晶硅的装置。

背景技术

由于全球掀起的太阳能利用热潮，多晶硅材料奇缺，以多晶硅铸锭提供太阳能电池片坯料的生产工序，己被绝大部分企业所采用。因此，多晶硅铸锭炉的生产厂家与日俱增，例如，国外最著名的专业厂商有GT-Solar、EMC、ALD、PVA等，国内生产厂家更多，比较知名的有中电科技集团48所、绍兴精工、上海汉虹、北京京运通、常州华盛天龙等，其中精工与德国合作，汉虹有日本背景，48所技术力量比较强，但没有一家企业生产这种集多功能于一身的太阳能级多晶硅专用冶金设备，也没有见到国外有类似商品的报导。

现有技术中，国内外生产的多晶硅铸锭炉多采用石墨热场加热器，以电阻加热的热传导方式缓慢加热石英坩埚中的多晶硅，一般熔化250公斤左右炉料的时间达5-6小时；也有部分采用中频感应加热，如果采用中频感应加热，由于固态多晶硅的导电性能极低，无法通过电磁感应使其熔化，也就不能体现出感应加热的长处。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种三位一体多晶硅定向结晶炉，旨在解决现有技术中加热方式的缺陷，并改进其功能单一的不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括：坩埚；所述的坩埚是无底复合陶瓷坩埚或水冷坩埚；在坩埚的二侧安置感应圈；在坩埚的上部安置一个等离子枪；所述的坩埚、感应圈以及等离子枪的前端安置在一个密封的炉中；在容器的上端侧旁设置一个加料口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以对硅材料实施提纯工艺，又具有多晶硅定向结晶铸锭的功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

由图1可见：本实用新型包括：坩埚7；所述的坩埚7是无底复合陶瓷坩埚或水冷坩埚；在坩埚7的二侧安置感应圈6；在坩埚7的上部安置一个等离子枪9；所述的坩埚7、感应圈6以及等离子枪9的前端安置在一个密封的炉20中；在容器20的上端侧旁设置一个加料口11。

本实用新型中增加等离子弧加热系统，包括熔炼用等离子电源13、引弧机构14、等离子枪9，以及等离子枪回转19和升降机构17，所有与炉体结合部都必须保持高温条件下的动态封密；图中：牵引机构1、水管2、坩埚固定机构3、水冷却机构4、感应电源5、窥视孔8、炉盖旋转器10、等离子枪固定机构12、真空泵15、炉盖升降机构16、水管及电缆18。

为了改变现有多晶硅铸锭炉均采用整体坩埚位移进行定向凝固，本实用新型采无底复合陶瓷坩埚或水冷坩埚，利用连续铸锭技术生产铸坯是本实用新型不可分割组成部分；

多晶硅铸坯的内在质直接影响电池片的的成品率，同时也将影响太阳能电池的光伏效率，通过多学科配合解决了质量检测与温控、连铸之间相关连技术，从而改变了以往凭经验操作的缺陷。

阳极材料与坩埚嵌合技术。阳极材料选择必须考虑材料的导电性、使用寿命及对多晶硅二次污染的影响。本实用新型采用一种新型功能陶瓷可以满足上述要求。

本实用新型是将回转等离子枪、连续式定向结晶与真空感应熔炼相结合，解决了固体多晶硅导电性能极低，无法进行感应加热的难题；通过等离子束高温(5000K以上)快速加热的特点，使固体硅材料迅速达到熔融状态，使电磁感应加热发挥作用。在高温等离子弧与感应加热双重作用下，使熔化时间减少90％以上，节能高效，操作简便。

等离子束熔炼还具有对多晶硅的提纯功能，以及进行为达到提纯效果的多种冶金新工艺的操作，具备一机多用的功能。

在定向凝固过程中由于感应加热的电磁场作用，对熔池产生电磁搅拌，有助于杂质上浮，从而既能提高多晶硅内在质量，又能缩短定向凝固时间，提高生产效率。

在等离子加热、电磁感应和定向结晶之间，通过对多晶体凝固温度、结晶状态等参数的反馈，对熔池温度场和牵引速度进行实时自动调整，提高质量及其稳定性。

本实用新型在采用等离子弧对多晶硅料熔炼时，同单一电阻或中频加热相比，时间从五小时左右缩短到不足一小时。

采用等离子弧与感应加热相结合的加热方式，可以在不同工艺阶段既可调节功率参数，还可以调节不同加热组合方式，以满足提纯工艺和多晶硅定向结晶的最佳化条件，这是一般多晶硅铸锭炉所无法做到。

由于这种多功能炉在结构上可以互为借用，若与多炉联合使用相比，其设备投资将可降低20％以上；

由于在进行提纯工艺后趁热进入定向铸锭这一工序，与异炉提纯操作冷却后，再加入单一功能的多晶硅铸锭炉熔化铸锭成坯相比，热能将大大节约，以250公斤铸锭炉为例，至少可节省1000kwh电能。