[发明专利]多晶硅铸锭炉和多晶硅铸锭方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能多晶硅铸锭领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭炉，本发明还涉及一种多晶硅铸锭方法。

背景技术

多晶硅铸锭技术是从2004年前后发展起来的。当人们发现多晶硅铸锭后一样可以进行切片并制作太阳能电池的时候，就开始了多晶硅铸锭炉的制作。与单晶炉相比，多晶硅铸锭炉具有成本低、产量大、容易处理的特点。从2007年开始，全球多晶硅光伏电池片的产量就超过了单晶硅，到了2010年，多晶硅的比例更加上升到了70％以上。

现有多晶硅铸锭炉是采用电阻或感应加热，将配比好的多晶硅熔化后，采用从底部开始冷却，逐渐向上长晶的定向凝固的方式，得到多晶硅锭的。从2004年以来，现有多晶硅铸锭炉的单炉产量从120公斤开始，到170公斤、250公斤、450公斤到660公斤。由于现有多晶硅铸锭炉的单炉产量越大，生产效率就越高，单位能耗越低，因此，不少厂家希望能够研制产量更高的多晶硅铸锭炉。

目前，市面上能够见到的现有多晶硅铸锭炉最大的产能是660公斤，采用的是单个硅锭的方式。有公司进行了800公斤的尝试，但因为各种原因搁浅。主要原因有，如果单个硅锭的重量过大，那么尺寸必然相应加大，而在铸锭长晶阶段，硅锭底部先冷却，顶部后冷却，这样晶体才能从底部到顶部慢慢生长，顶部的冷却是靠底部硅晶体将热量不断带到底部而进行的。而如果硅锭尺寸过大，那么，由于硅晶体的导热性并不好，因此底部和顶部的温差将会过大而产生应力，此外，晶体过长会导致晶体生长过程中变形，而且，更重要的是，过大的硅锭给坩埚的制造和硅锭的处理以及硅锭的开方带来困难，不仅需要新型的配套设备，而且，给这些配套设备的坩埚等辅件的成本带来很大的挑战。因此，加大单个硅锭的方法不仅对提高单炉产量的贡献不大，而且，已经面临瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅铸锭炉，能成倍地提高单个铸锭炉产量、并能保证质量良好，不需要改变铸锭用的坩埚和硅锭存取以及开方设备，从而提高现有设备的使用率并能节省设备投资成本，能够节能、节水和节气，能节约成本；为此，本发明还提供一种使用该多晶硅铸锭炉的多晶硅铸锭方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的多晶硅铸锭炉包括：炉体和位于所述炉体中的一保温体、一石墨平台、四个坩埚、上加热体和下加热体。所述炉体包括上炉盖、炉身和炉底，所述炉底和所述炉身采用液压连接，所述炉底能和所述炉身分开或闭合。所述保温体为立方形，所述保温体包括上保温体和下保温体。所述石墨平台位于所述保温体中并被所述保温体包围，所述四个坩埚放置于所述石墨平台上。所述上加热体和所述下加热体都位于所述保温体中，且所述上加热体位于所述坩埚顶部的所述上保温体的顶面下方、所述下加热体位于所述石墨平台下方，所述上加热体和所述上保温体固定在一起并固定于所述炉身上，所述下加热体和所述下保温体固定在一起并能一起和所述上保温体分开并向下移动。

进一步的改进是，所述四个坩埚在所述石墨平台上的放置方式为呈田字形摆放。

进一步的改进是，所述四个坩埚的边长分别为720毫米～1200毫米。

进一步的改进是，所述四个坩埚为用于太阳能级多晶硅铸锭的标准规格坩埚或特殊规格的坩埚。

进一步的改进是，所述上加热体完全覆盖住所述四个坩埚、且所述上加热体的外缘尺寸大于所述四个坩埚的外缘尺寸5％～30％，所述四个坩埚的外侧面和所述保温体相隔有一定的距离，所述上加热体的处于所述四个坩埚的外缘外部的部分用于对所述四个坩埚的侧面加热。

进一步的改进是，在各所述坩埚的周围放置有护板。

进一步的改进是，所述上加热体由两个加热回路组成，所述两个加热回路能同时工作、也能互为热备份。

进一步的改进是，所述下保温体和升降传动机构连接，所述下保温体下降是通过升降传动机构实现。

为解决上述技术问题，本发明提供的多晶硅铸锭方法，包括如下步骤：

步骤一、用液压装置放下并打开所述炉底并在所述四个坩埚中装入硅料，

步骤二、上升所述炉底使其闭合，开始抽真空。

步骤三、当所述炉体的真空度达到1Pa时，给所述上加热体和所述下加热体送电，开始加热所述硅料并使所述硅料完全熔化。

步骤四、进行长晶过程，包括分步骤：逐步降低所述下加热体的功率，使所述坩埚底部温度逐渐降低，当所述坩埚底部温度低于所述硅料的熔点时所述坩埚底部开始结晶并形成多晶硅；当所述下加热体的功率降到0时，将所述下保温体和所述下加热体一起下降，使所述多晶硅继续往上生长。