[发明专利]一种450型铸锭炉及其铸锭工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种450型铸锭炉及其铸锭工艺，一种太阳能硅基电池用多晶硅片制造工艺，其具体涉及一种应用于太阳能硅基电池用多晶硅片制造工艺中，450型铸锭炉从装料量450kg增加到550kg的铸锭炉及其铸锭生产工艺。

背景技术

多晶硅片是制备太阳能硅基电池常用的原料。多晶硅原料经用铸锭炉铸造成为多晶硅锭，然后经过切锭开方成条块状、再经切片加工而成为多晶硅片。所以，铸锭炉是生产多晶硅锭的基本设备。目前常用的GT450型多晶硅铸锭炉只能生产420-450Kg重的硅锭，从能源消耗与产出比例衡量该铸锭炉，其节能效果与降低成本方面不够理想。

增加多晶硅投料量进而增加硅锭重量，既可减少能耗同时又可降低成本，这是硅片生产企业正在努力的方向。提高多晶硅锭的重量，通常的做法是购买大型新设备生产大尺寸规格硅锭。因为大规格硅锭切锭开方出来的硅块尺寸大，因而切片量也多，所以平均的每片硅片的能耗就相应减少。目前，国内外的铸锭炉设备制造企业正在设计开发大型的铸锭炉，满足市场需要。

铸锭炉制造与铸锭切片加工企业共同确定的铸造多晶硅锭工艺流程是:①加热（Heat）→②熔化(Melt)→③长晶(Growth)→④退火(Anneal)→⑤冷却(Cool)。在这五段工序中为了方便进行编写程序与工艺控制，把每一段工序细分成若干个工步。如：将加热（Heat）工序细分为4个工步，标示为H1，H2，H3，H4；熔化(Melt)工序细分为12个工步，标示为M1，M2,……M12；长晶(Growth)工序细分为8个工步，标示为G1,G2,……G8；退火(Anneal)工序细分为3个工步，标示为A1，A2，A3；冷却(Cool) 工序细分为5个工步，标示为C1，C2，……C5。如控制屏幕中出现“M3”，就标示铸锭系统进入熔化第三工步；同样，“G7”就标示铸锭系统进入长晶第七工步。

光伏行业众所周知，多晶硅锭是定向的柱状结晶体，铸锭炉设备的关键是热场设计，而热场由石墨加热器、隔热笼、石墨板块热交换器（又称DS-block块，同时其又是石英坩埚的支架承载板）等构成。其热场设计需提供多晶硅原料熔化所需的热能，同时能方便控制形成特定的温度场，让多晶硅熔体能有定向形成柱状结晶体的温度条件。目前，中国国内的铸锭炉大部分是从美国GT Solar公司进口的产品，GT450型铸锭炉就是该公司制造的产品。其多晶硅铸锭炉的工作原理是：将多晶硅料装入有氮化硅涂层的石英坩埚内，然后移放在石墨板块热交换器（即DS-block块）上，关闭炉盖后在真空状态下加热，待硅料完全熔化后，缓慢向上提升隔热笼，通过石墨板块热交换器将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，在硅料熔液中形成一个竖直温度梯度。这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向上长晶最后形成柱晶。硅液凝固长晶结束后，经退火、冷却出炉，完成多晶硅铸锭过程。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种450型铸锭炉及其铸锭工艺，解决450型铸锭炉增加装料量的问题。具有结构简单、成本低的特点。适用于450型铸锭炉的节能改造。

实现上述目的而采取的技术方案，包括隔热笼，上炉腔，下炉腔和板块热交换器，上炉腔顶部设有炉体顶部加热器，下炉腔底部设有三个石墨支撑柱，所述的三个石墨支撑柱长度为685～689cm。

其铸锭工艺包括加热、熔化、长晶、退火、和冷却，所述的加热时间为6-7 小时，加热温度为1540℃；熔化时间为12-14小时，熔化温度为1430℃；长晶时间为16-18 小时，长晶温度为1370℃；退火时间为5-6小时，退火温度为900℃；冷却时间为12-14小时，冷却温度为400℃。

与现有技术相比，本发明的具有如下有益效果。

对已有GT450型铸锭炉的结构进行改造，使热场的有效利用空间比改造前的提高了1-5cm，从而实现提高铸锭重量的目标，改造后的GT450型铸锭炉从以往装料量450Kg增加到可装550kg硅料，于是，GT450型铸锭炉就改造升级为550型铸锭炉，具有结构简单、成本低的特点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

附图为本装置结构示意主视图。

具体实施方式

包括隔热笼1，上炉腔2，下炉腔3和板块热交换器4，上炉腔2顶部设有

炉体顶部加热器，下炉腔底部设有三个石墨支撑柱5，如附图所示，所述的三个石墨支撑柱5长度为685～689cm。

所述的炉体顶部加热器的四个拐角处设有2-4个氮化硼螺母。