多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术

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1、多晶硅铸锭炉是太阳能光伏产业中，最为重要的设备之一。它通过使用化学方法得到的高纯度硅熔融，调整成为适合太阳能电池的化学组成，采用定向长晶凝固技术将溶体制成硅锭。这样，就可切片供太阳能电池使用。多晶硅铸锭炉采用的生长方法主要为热交换法与布里曼法结合的方式。这种类型的结晶炉，在加热过程中保温层和底部的隔热层闭合严密，保证加热时内部热量不会大量外泄，保证了加热的有效性及加热的均温j生。开始结晶时，充入保护气，装有熔融硅料的坩埚不动，将保温层缓慢向上移动，坩埚底部的热量通过保温层与隔热层之间的空隙发散出去，通过气体与炉壁的热量置换，逐渐降低坩埚底托的温度。在此过程中

2、，结晶好的晶体逐步离开加热区，而熔融的硅液仍然处在加热区内。这样在结晶过程中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的生长。其特点是液相温度梯度dT／dX接近常数，生长速度可调。    通过多晶硅铸锭法所获得的多晶硅可直接获得方形材料，并能制出大型硅锭；电能消耗低，并能用较低纯度的硅作投炉料；全自动铸锭炉生产周期大约50h可生产200kg以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；采用该工艺在多晶硅片上做出电池转换效率超过14％。    多晶硅铸锭炉融合了当今先进的工艺技术、控制技术、设备设计及制造技术，使它不仅具有完善的性能，而且具有稳定性好、可靠性高，适合长时间

3、、大批量太阳能级多晶硅的生产。1、多晶硅铸锭炉的主要工艺特点    太阳能级多晶硅的生产。根据以上的多晶硅铸锭炉定向生长凝固技术原理，并结合我国当前实际需要，我们特别制定了以下的工艺流程。多晶硅主要工艺参数如下。第一步：预热(1)预热真空度：大约1．05mPa；(2)预热温度：室温一1200oC；(3)预热时间：大约15h；(4)预热保温要求：完全保温。第二步：熔化(1)熔化真空度：大约44．1Pa；(2)熔化温度：1200℃～1550℃；(3)熔化时间：大约5h；(4)熔化保温要求：完全保温；(5)开始充保护气。第三步：长晶(1)长晶真空度：大约44．1P

4、a；(2)长晶温度：1440℃～1400oE；(3)长晶时间：大约10h；(4)长晶保温要求：缓慢取消保温；(5)连续充保护气。第四步：退火(1)退火真空度：大约44．1Pa；(2)退火温度：i400℃～1000oC；(3)退火时间：大约8．5h；(4)退火保温要求：完全保温；(5)连续充保护气。第五步：冷却(1)冷却真空度：大约52．5Pa；(2)冷却温度：1000℃～400~C；(3)冷却时问：大约6h；(4)冷却保温要求：完全保温；(5)连续充保护。2、多晶硅铸锭炉设备组成    为了完成上述连续的工艺过程，全自动多晶硅铸锭炉设计由下面几大部分组成，它

5、们分别为抽真空系统、加热系统、测温系统、保温层升降系统、压力控制系统及其它辅助系统。(1)抽真空系统    抽真空系统是保持硅锭在真空下，进行一系列处理，要求在不同的状态下，保持炉内真空压力控制在一定范围内。这就要求真空系统既有抽真空设备，同时还有很灵敏的压力检测控制装置。保证硅锭在生长过程中，处于良好的气氛中。抽真空系统由机械泵和罗茨泵、比例阀旁路抽气系统组成。(2)加热系统    加热系统是保持工艺要求的关键，采用发热体加热，由中央控制器控制发热体，并可保证恒定温场内温度可按设定值变化；同时控制温度在一精度范围内。完成硅锭在长晶过程中对温度的精确要求。(

6、3)测温系统    测温系统是检测炉内硅锭在长晶过程中温度的变化，给硅锭长晶状况实时分析判断系统提供数据，以便使长晶状况实时分析判断系统随时调整长晶参数，使这一过程处于良好状态。(4)保温层升降系统    保温层升降机构是保证硅锭在长晶过程中，保持良好的长晶速度，它是通过精密机械升降系统，并配备精确的位置、速度控制系统来实现。保证硅锭晶核形成的优良性，保证光电转化的高效性。(5)压力控制系统    压力控制系统主要保证炉内硅锭在生长过程中，在一特定时问段内，压力根据工艺要求保持在一压力下。它由长晶状况实时分析判断系统来控制。(6)其它辅助系统①熔化及长晶结束

7、自动判断系统：通过i贝0量装置检测硅料状态，自动判断硅料的状态，为控制系统提供数据，实时判断控制长晶。②系统故障诊断及报警系统：为了保证系统长时间可靠运行，系统提供了系统故障自诊断功能，采用人机对话方式，帮助使用者发现故障，及时排除故障，为设备安全可靠的运行提供了安全保障。3、多晶硅铸锭炉控制系统硬件结构组成      为了实现设备的几大系统功能，必须有强大的计算机控制系统来完成，以往简单的控制系统已难当此任。本控制系统采用分布式现场总线技术，它由中央控制器、现场控制器、现场控制器的控制单元、执行机构组成。该系统不仅通讯可以冗余，控制器也可以冗余，故障率几乎

8、为零。中央控制器与现场控制器之间通过工业以太网联接起