多晶硅鑄錠爐生產(chǎn)工藝控制技術(shù)和設(shè)備組

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1、多晶硅鑄錠爐生產(chǎn)工藝控制技術(shù)和設(shè)備組多晶硅鑄錠爐是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)中，最為重要的設(shè)備之一。它通過使用化學(xué)方法得到的高純度硅熔融，調(diào)整成為適合太陽能電池的化學(xué)組成，采用定向長晶凝固技術(shù)將溶體制成硅錠。這樣，就可切片供太陽能電池使用。多晶硅鑄錠爐采用的生長方法主要為熱交換法與布里曼法結(jié)合的方式。這種類型的結(jié)晶爐，在加熱過程中保溫層和底部的隔熱層閉合嚴(yán)密，保證加熱時內(nèi)部熱量不會大量外泄，保證了加熱的有效性及加熱的均溫j生。開始結(jié)晶時，充入保護氣，裝有熔融硅料的坩堝不動，將保溫層緩慢向上移動，坩堝底部的熱量通過保溫層與隔熱層之間的空隙發(fā)散出去，通過氣體與爐壁的

2、熱量置換，逐漸降低坩堝底托的溫度。在此過程中，結(jié)晶好的晶體逐步離開加熱區(qū)，而熔融的硅液仍然處在加熱區(qū)內(nèi)。這樣在結(jié)晶過程中液固界面形成比較穩(wěn)定的溫度梯度，有利于晶體的生長。其特點是液相溫度梯度dT／dX接近常數(shù)，生長速度可調(diào)。通過多晶硅鑄錠法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料，并能制出大型硅錠；電能消耗低，并能用較低純度的硅作投爐料；全自動鑄錠爐生產(chǎn)周期大約50h可生產(chǎn)200kg以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級；采用該工藝在多晶硅片上做出電池轉(zhuǎn)換效率超過14％。多晶硅鑄錠爐融合了當(dāng)今先進的工藝技術(shù)、控制技術(shù)、設(shè)備設(shè)計及制造技術(shù)，使它不僅具有完善的性能，而

3、且具有穩(wěn)定性好、可靠性高，適合長時間、大批量太陽能級多晶硅的生產(chǎn)。1多晶硅鑄錠爐的主要工藝特點為了保證產(chǎn)品的性能及一致性，并適應(yīng)大批量基金項目：國家863科研攻關(guān)項目(項目編號：2006AA05Z407)。作者簡介：侯煒強(1966一)，男，畢業(yè)于桂林電子工業(yè)學(xué)院，高級工程師，主要從事電子工藝專用設(shè)備的研發(fā)工作。維普資訊http://www.cqvip.com電子工藝技術(shù)第29卷第5期太陽能級多晶硅的生產(chǎn)。根據(jù)以上的多晶硅鑄錠爐定向生長凝固技術(shù)原理，并結(jié)合我國當(dāng)前實際需要，我們特別制定了以下的工藝流程。多晶硅主要工藝參數(shù)如下。第一步：預(yù)熱(1)預(yù)熱真

4、空度：大約1．05mPa；(2)預(yù)熱溫度：室溫一1200oC；(3)預(yù)熱時間：大約15h；(4)預(yù)熱保溫要求：完全保溫。第二步：熔化(1)熔化真空度：大約44．1Pa；(2)熔化溫度：1200℃～1550℃；(3)熔化時間：大約5h；(4)熔化保溫要求：完全保溫；(5)開始充保護氣。第三步：長晶(1)長晶真空度：大約44．1Pa；(2)長晶溫度：1440℃～1400oE；(3)長晶時間：大約10h；(4)長晶保溫要求：緩慢取消保溫；(5)連續(xù)充保護氣。第四步：退火(1)退火真空度：大約44．1Pa；(2)退火溫度：i400℃～1000oC；(3)退火

5、時間：大約8．5h；(4)退火保溫要求：完全保溫；(5)連續(xù)充保護氣。第五步：冷卻(1)冷卻真空度：大約52．5Pa；(2)冷卻溫度：1000℃～400~C；(3)冷卻時問：大約6h；(4)冷卻保溫要求：完全保溫；(5)連續(xù)充保護。2多晶硅鑄錠爐設(shè)備組成為了完成上述連續(xù)的工藝過程，全自動多晶硅鑄錠爐設(shè)計由下面幾大部分組成，它們分別為抽真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、保溫層升降系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)及其它輔助系統(tǒng)。2．1抽真空系統(tǒng)抽真空系統(tǒng)是保持硅錠在真空下，進行一系列處理，要求在不同的狀態(tài)下，保持爐內(nèi)真空壓力控制在一定范圍內(nèi)。這就要求真空系統(tǒng)既有抽真空設(shè)備

6、，同時還有很靈敏的壓力檢測控制裝置。保證硅錠在生長過程中，處于良好的氣氛中。抽真空系統(tǒng)由機械泵和羅茨泵、比例閥旁路抽氣系統(tǒng)組成。2．2加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)是保持工藝要求的關(guān)鍵，采用發(fā)熱體加熱，由中央控制器控制發(fā)熱體，并可保證恒定溫場內(nèi)溫度可按設(shè)定值變化；同時控制溫度在一精度范圍內(nèi)。完成硅錠在長晶過程中對溫度的精確要求。2．3測溫系統(tǒng)測溫系統(tǒng)是檢測爐內(nèi)硅錠在長晶過程中溫度的變化，給硅錠長晶狀況實時分析判斷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，以便使長晶狀況實時分析判斷系統(tǒng)隨時調(diào)整長晶參數(shù)，使這一過程處于良好狀態(tài)。2．4保溫層升降系統(tǒng)保溫層升降機構(gòu)是保證硅錠在長晶過程中，保持良好的

7、長晶速度，它是通過精密機械升降系統(tǒng)，并配備精確的位置、速度控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。保證硅錠晶核形成的優(yōu)良性，保證光電轉(zhuǎn)化的高效性。2．5壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)主要保證爐內(nèi)硅錠在生長過程中，在一特定時問段內(nèi)，壓力根據(jù)工藝要求保持在一壓力下。它由長晶狀況實時分析判斷系統(tǒng)來控制。2．6其它輔助系統(tǒng)(1)熔化及長晶結(jié)束自動判斷系統(tǒng)：通過i貝0量裝置檢測硅料狀態(tài)，自動判斷硅料的狀態(tài)，為控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，實時判斷控制長晶。(2)系統(tǒng)故障診斷及報警系統(tǒng)：為了保證系統(tǒng)長時間可靠運行，系統(tǒng)提供了系統(tǒng)故障自診斷功能，采用人機對話方式，幫助使用者發(fā)現(xiàn)故障，及時排除故障，為設(shè)備安

8、全可靠的運行提供了安全保障。3多晶硅鑄錠爐控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成為了實現(xiàn)設(shè)備的幾大系統(tǒng)功能，必須有強大的計算機