[实用新型]一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的设备

说明书

技术领域

    本实用新型属于冶金提纯技术领域，特别涉及一种诱导反向凝固提纯多晶硅的设备。

背景技术

太阳能光伏产业的发展依赖于对硅原料的提纯，在对硅原料进行提纯的过程中，定向凝固方法对去除硅原料中分凝系数非常小的金属杂质至关重要，是目前太阳能级多晶硅提纯的最有效的方法之一，此外，定向凝固技术广泛应用于冶金提纯。定向凝固是采用强制的手段在熔体中形成特定方向的温度梯度，使温度低的部位的熔体结晶成核，成为熔体凝固的起点首先凝固，由于温度梯度的存在，熔体沿着热流相反的方向凝固，获得具有特定取向的柱状晶。定向凝固提纯是利用杂质元素在熔体与固体中的溶解度不同，在凝固过程中分凝系数较小的杂质元素被推向固液界面前沿，在熔体中不断富集，最后在铸锭的尾部凝固，将铸锭尾部切除，即可达到提纯的目的。

    然而，铸锭在凝固尾声，杂质富集于坩埚顶部的熔体，在最后缓慢凝固过程中，杂质含量高的部位会向杂质含量低的部位扩散，使得硅纯度随着保温时间的延长而逐渐降低，这影响了提纯效果，且在这种情况下，切除的尾部废料高达25%~35%，即成品率仅为65-75%，而硅锭的硬度比较大，需要大功率切割设备才能将提纯的硅锭和尾部杂质含量高的铸锭尾料分离出来，目前一般使用线切割和金刚石锯带切割的方法进行切割，但是切割设备成本高，锯带消耗大，不利于工业化生产成本的降低，而国内鲜见富有成效的方法来方便尾料的去除。

实用新型内容

本发明目的是为克服以上不足，提出了一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的设备，该设备简单，操作简便，成本较低，且利于杂质含量高的铸锭尾料得到方便快捷地去除，在凝固尾声，使坩埚旋转并吹入一定量的高纯惰性气体，使熔硅在离心力及气流的双重作用下向坩埚侧壁聚集并迅速反向凝固，减少了杂质的反扩散，提高了铸锭的出成率，在凝固结束阶段实现杂质富集区的反向凝固和分离。

为实现上述目的所采用的技术方案是： 一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的设备，由真空腔室构成外壁，外壁上安装有真空管路，真空管路一端与真空泵组相连，其特征是：水冷盘活动安装于真空腔室底部，石墨板置于水冷盘顶端，石墨板上开有孔，石墨支柱一端通过孔与石墨板嵌套连接，另一端与石墨托盘嵌套连接，坩埚置于石墨托盘之上，石墨发热体套于坩埚外围且固定于真空腔室侧壁之上，碳毡保温桶套于石墨发热体之外且固定于真空腔室侧壁之上，碳毡保温盖上开有孔，且置于碳毡保温桶顶端，感应线圈套于碳毡保温桶之外，且固定于真空腔室侧壁之上，吹气管路活动安装于真空腔室顶端，吹气管路的吹气口位于坩埚正上方中心位置。

所述石墨板上的孔至少为3个。

所述石墨托盘上开有卡槽。

所述吹气管路与真空腔室之间真空密封活动连接，且其吹气口距离坩埚正上方5-15cm。

本实用新型的设备是在原有定向凝固设备的基础之上增加坩埚旋转和吹气的功能，设备改造安装方便，操作简单，能有效去除铸锭尾部富集的杂质，节约了生产周期和成本，适用于工业化大规模生产。

使用本实用新型的设备进行生产获得的显著效果是：当熔体凝固到杂质相对集中的硅锭顶部时，开始转动坩埚，同时从坩埚顶部向最后凝固的杂质含量较高的硅熔体中心吹入惰性气体，使得此部分硅熔体在离心力以及气流的双重作用下向坩埚侧壁聚集并迅速反向凝固，将杂质钉扎在上层铸锭之中，减少了杂质的反扩散，提高了铸锭的出成率，成品率达到80%-95%；而且凝固后上层硅锭杂质含量较高，中间较薄，两侧较厚，下层硅锭是通过缓慢定向凝固获得，杂质含量很低，由于上层硅锭与下层定向凝固硅锭晶粒的晶向不同，致密度也不相同，两层硅锭之间的结合力较弱，可通过敲打方式分离，减少了线切割和金刚石锯带切割的消耗，减少了工艺环节，降低了能耗。

附图说明

图1一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的设备结构示意图

图中：（1）吹气管路，（2）真空腔室，（3）碳毡保温盖，（4）碳毡保温桶，（5）感应线圈，（6）石墨发热体，（7）坩埚，（8）熔融硅液，（9）石墨托盘，（10）石墨支柱，（11）石墨板，（12）水冷盘，（13）真空管路，（14）真空泵组

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1