[发明专利]一种高效率制备硅芯的方法和硅芯制备炉

说明书

技术领域

本发明涉及硅芯制备领域的制备工艺，特别是一种高效率制备硅芯的方法和硅芯制备炉。

背景技术

近年来，以晶硅电池为主的光伏行业的得到迅速发展，多晶硅生产技术也在快速的进步中。硅芯是生产多晶硅的“种子”，它的制备方法有：切割法、区溶法，目前切割法因为设备投资大、维护成本高，硅料切割损耗大等原因未能大规模被采用，但是区溶法得到了广泛的应用。

区溶制备硅芯的技术虽然在不断地进步，但也存在一些问题。比如，从最早的单芯炉到现在的五芯炉，单位时间内拉制出硅芯的数量提高了好几倍，提高了生产效率，但是五芯高频加热线圈结构形式发生的调整，新的结构对操作人员的技能要求更高，同时线圈与硅料的多孔耦合效果也产生了变化，故而出现高频加热线圈的损坏率也相应增高，硅芯的直径也相应变小了，椭圆度变大了；而最重要的还是硅芯沉积比表面积变小，还原炉内空间利用率低，还原炉生产单位产品的能耗上升；对于拉制硅芯的人员来说，投入的精力更大，操作熟练度要求较高，对原料棒的指标更是要求苛刻。

传统直拉法所用单晶炉只能用于制备单晶，一次只可以拉制一根，必须经过引晶、放尖、等径生长几个主要步骤，并且需要生长出单晶晶线，拉制时间较长。一直以来都没有用于制备多晶，所以现在特别设计了利用改造后的单晶炉来高效率制备多晶硅芯的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率制备硅芯的方法和硅芯制备炉，该方法克服了上述缺点，可以制备大直径等圆的硅多晶，而且一次拉制硅芯的数量还可以超过5根，母料是利用外观品质较差的多晶硅。

本发明采用的技术方案是：

一种高效率制备硅芯的方法，其特征在于制备方法如下：

第一步，将多晶硅装在石英坩埚内，并加热至溶化；

第二步，将石英坩埚内溶化后的硅溶区进行降温；

第三步，把带有多根硅籽晶的夹头装置往下降，使夹头装置下的多根硅籽晶与硅溶区接触，通过调整硅溶区的温度和硅籽晶向上的提升速度，使硅籽晶直径逐渐变大成为硅芯，当硅芯直径接近目标直径时，控制硅芯的直径做等径生长； 

第四步，在生长过程的后期，石英坩埚停止供料，视硅芯直径大小来控制硅籽晶的提升速度，使得硅芯与硅溶区进行脱离，而后将拉制完成的硅芯放在相应的硅芯存放位上，并移取硅籽晶夹头位上的硅籽晶夹头进行熔接，再重复上面步骤。

所述第一步中加热温度最高为1410℃。

所述第二步中是通过将加热功率下调2-5kw达到对硅溶区略微降温。

所述第三步中仍然是通过调整加热功率来调整硅溶区的温度，同时硅籽晶向上的提升速度为0-15mm/min。

用于该方法的硅芯制备炉，包括硅籽晶固定装置（即前面所述的夹头装置）、石英坩埚和保温装置，硅籽晶固定装置固定于石英坩埚上端，石英坩埚固定于石墨制的石英坩埚支持器上，石英坩埚下端固定连接有石墨中轴，石英坩埚、石英坩埚支持器和石墨中轴位于呈筒状的保温装置内部。

所述硅籽晶固定装置包括导向钢丝绳、硅籽晶夹头，导向钢丝绳通过设置有硅籽晶夹头固定位的连接件与硅籽晶夹头相连接。

所述硅籽晶夹头固定位处设置有转盘，转盘位于硅籽晶夹头的上端，转盘上设置有硅芯存放位和硅籽晶夹头位。

所述转盘通过齿轮传动系统带动，齿轮传动系统通过摇动手柄轮带动传动。

所述保温装置包括从内往外依次设置的石墨发热体、保温筒、碳保温材料层和不锈钢筒，石墨发热体的高度低于保温筒、碳保温材料层的高度，保温筒、碳保温材料层的高度低于不锈钢筒的高度，所述保温筒、碳保温材料层的上端设置有上盖。

本方法制备硅芯的具体过程如下：首先将多晶硅放置在石英坩埚内加热至溶化，然后对石英坩埚内的硅溶区进行降温；再通过控制导向钢丝绳带动夹持有多根硅籽晶的硅籽晶夹头向下移动，使得硅籽晶与硅溶区接触，通过调整硅溶区的温度和硅籽晶向上的提升速度，逐渐是硅籽晶拉制变成硅芯；当硅芯直径接近目标直径时，通过控制拉动导向钢绳，带动硅籽晶上升，使得硅芯脱离硅溶区；然后通过摇动手柄轮使转盘上的硅芯存放位对准拉制得到的硅芯，使得硅芯放置于硅芯存放位上，放置完毕后，继续摇动手柄轮转动转盘至硅籽晶夹头位，然后利用硅籽晶夹头固定位来提取转盘上的硅籽晶夹头，而后通过齿轮传动系统下降硅籽晶夹头位上的硅籽晶夹头至硅溶区进行熔接；随后开始新一轮的拉制，后续步骤重复同上。