[发明专利]一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法和铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长多晶硅锭的方法和设备，具体涉及一种微正压气氛下生长多晶硅锭 的方法和设备。

背景技术

多晶硅铸锭炉是太阳能光伏产业中，最为重要的设备之一。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。

传统多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内后放在定向凝固块上， 关闭炉膛后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料 结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料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，从熔体底部向顶部生长。硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却 后出炉即完成整个铸锭过程。

如上所述，目前的多晶硅铸锭炉都是在真空状态下工作，或者抽真空和充氩气同时进行 ，两种工作状态都是负压状态。负压状态下进行多晶硅铸锭，有两点不足之处：1、负压熔 炼时，抽真空的同时充氩气，保持负压，故氩气用量很大；负压状态下，若设备密封突然出 故障，空气会突然进入到炉膛内，十分危险。

发明内容

本发明的目的在于克服传统多晶硅铸锭炉在真空状态下工作的不足，提供一种在微正压 状态下生长多晶硅锭的方法和设备。

技术方案一：

一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法，包括以下步骤：

将多晶硅材料装入石英坩埚中，封闭炉室，开循环水后抽真空至10-1Pa；

开始通入氩气，控制氩气流量大于真空泵抽速，炉室气压稳定后，关闭真空泵，开排气 阀，调整氩气流量，使炉室内保持压力为1.01～1.05个大气压；

逐渐加大加热功率，进行加热熔化，结晶，退火，冷却几个步骤，在此过程中炉室内压 力保持在1.01～1.05个大气压；

步骤c完成后，关闭氩气，取出多晶硅铸锭。

前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的方法，其中步骤a抽真空过程为：先开旋片泵 ，开慢抽阀，当真空度达到设定压力，关闭慢抽阀，开快抽阀，当真空度达到设定压力启动 罗茨泵：达到需要真空度。关闭快抽阀阀门，检测压升率，合格可进行下一步操作。

技术方案二：

一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，包括炉室、位于炉室内的石英坩埚、石英坩 埚外的加热器及连接炉室的充气系统，其特征在于：还包括一安装于排气口与炉室之间的超 压自动放气阀及一安装于炉室壁中，位于炉室内、外部之间的双重防爆阀。

前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其中所述的超压自动放气阀包括一压 力传感器和一继电器控制电磁放气阀，压力传感器设定炉压的反馈信号，当炉室内超压时报 警，通过继电器控制电磁放气阀自动放气，直到低于设定压力自动关闭。

前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，其中所述的双重防爆阀包括与炉室通 过管道相连的法兰，位于法兰外的阀门及夹设于法兰与阀门之间的铝箔，及设于炉壁上的弹 簧，所述的阀门上具有防爆阀出气口。

前述的一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉，当炉室内压力突然升高，弹簧来不及 反应，阀门无法打开时，铝箔会从防爆阀出气口处被爆破，气体从防爆阀出气孔放出。

与现有的真空负压生产多晶硅铸锭的方式相比：

负压熔炼时，抽真空的同时充氩气，保持负压，故氩气用量很大；负压状态下，若设备 密封突然出故障，空气会突然进入到炉膛内，十分危险；微正压熔炼时，不使用真空泵，充 少量氩气保持微正压，故充氩气的量很少，故可减少很大的电量损耗，同时减少真空泵的使 用寿命；  微正压可防止气体倒流，更加安全，同时可防止氧化。

本发明的设备设置有超压自动放气阀，在当炉室内超压时报警，通过继电器控制电磁放 气阀自动放气，直到低于设定压力自动关闭；在炉壁上安装有双重防爆阀，所述的双重防爆 阀阀门上具有防爆阀出气口，当炉室内压力突然升高，弹簧来不及反应，阀门无法打开时， 铝薄会从防爆阀出气口处被爆破，气体从防爆阀出气孔放出。通过超压自动放气阀及双重防 爆阀，可以很好地保护铸锭炉的安全。

附图说明

图1为本发明一种微正压状态下生长多晶硅锭的铸锭炉的结构示意图，其中A处为防 爆阀位置；

图2为防爆阀的剖面结构示意图；

图3为防爆阀的平面结构示意图；

图4为超自动放气阀的结构示意图。

具体实施方式