[实用新型]一种电子束除磷、除金属的耦合提纯多晶硅的设备

说明书

技术领域

本实用新型属于用物理冶金技术提纯多晶硅的技术领域，特别涉及一种利用电子束去除多晶硅中磷和金属杂质的提纯设备。

背景技术

太阳能发电作为可再生能源的重要组成部分成为实现低碳目标的主要途径之一，但受到太阳能电池的重要原料—太阳能级多晶硅生产成本的限制，我国现有的太阳能发电装机量不高，截至2008年末全国太阳能电池总装机容量仅为300MW，还不及德国一年新增的量。太阳能级多晶硅高昂的制造成本以及复杂的制造工艺是制约光伏产业大发展的瓶颈，严重阻碍了我国太阳能电池的推广和使用。因此开发低成本、高转换效率的多晶硅制备技术对我国光伏产业的大发展具有重要意义，

目前，世界范围内制备太阳能级多晶硅材料已形成规模化生产，主要使用技术路线为改良西门子法。西门子法是以盐酸（或氢气、氯气）和冶金级工业硅为原料，由三氯氢硅，进行氢还原的工艺。现在国外较成熟的技术是西门子法，并且已经形成产业。该法已发展至第三代，现在正在向第四代改进。第一代西门子法为非闭合式，即反应的副产物氢气和三氯氢硅，造成了很大的资源浪费。现在广泛应用的第三代改良西门子工艺实现了完全闭环生产，氢气、三氯氢硅硅烷和盐酸均被循环利用，规模也在1000吨每年以上。但其综合电耗高达170kW·h/kg，并且生产呈间断性，无法在Si的生产上形成连续作业，并且此法在流程的核心环节上采取了落后的热化学气相沉积，工艺流程的环节过多，一次转化率低，导致流程时间太长，增加了材耗、能耗成本。

鉴于此，积极探索具有生产周期短、污染小、成本低、工艺相对简单的太阳能级多晶硅的制备新工艺方法刻不容缓，而冶金法因为具备以上优点，被认为是最能有效地降低多晶硅生产成本的技术之一，目前已成为世界各国竞相研发的热点。冶金法指以定向凝固等工艺手段，去除金属杂质；采用等离子束熔炼方式去除硼；采用电子束熔炼方式去除磷、碳，从而得到生产成本低廉的太阳能级多晶硅的方法。这种方法能耗小，单位产量的能耗不到西门子法的一半，现在日本、美国、挪威等多个国家从事冶金法的研发，其中以日本JFE的工艺最为成熟，已经投入了产业化生产。电子束熔炼技术是冶金法制备太阳能级多晶硅中重要的方法之一，它是利用高能量密度的电子束作为熔炼热源的工艺方法，一般的电子束熔炼方法是通过熔化块体硅料形成熔池后，在电子束产生的高温下，表面蒸发去除饱和蒸汽压较高的杂质如磷，铝等，而在块体硅料中杂质分布很不均匀，不利于杂质的去除，且块体硅料熔炼后杂质仍然分布不均匀，同时在多晶硅的众多杂质中，金属是非常有害的元素，杂质的不均匀分布和金属杂质的存在将对硅材料的电阻率和少数载流子寿命产生不利的影响，进而降低太阳能电池的光电转换效率。已知专利和文献中尚没有用电子束熔炼粉体硅料去除多晶硅中磷和金属杂质的耦合提纯方法。已知申请号为200810011631.8的发明专利，利用感应加热和电子束达到去除多晶硅中磷和金属杂质的目的，但该方法的缺点是额外使用了感应加热，能耗较大，且使用的是块体硅料熔炼提纯，杂质分布相对不均匀。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述不足问题，提供一种电子束除磷、除金属的耦合提纯多晶硅的设备，结构简单，易于操作，利用电子束熔炼粉体硅料，同时去除磷和金属杂质，提纯速度快，产品纯度高。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电子束除磷、除金属的耦合提纯多晶硅的设备，设备采用真空盖、真空炉壁及装粉盖构成真空设备，真空设备内腔为真空室；真空室内上部装有装粉桶，装粉桶底部带有出料口，出料口装配有外驱式挡粉板，装粉桶出料口底部装有坩埚，坩埚底部装有拉锭机构，拉锭机构上装有硅锭，电子枪安装在真空室上部，电子束流对准硅锭。

所述真空设备上安装有抽真空装置，抽真空装置采用机械泵、罗茨泵和扩散泵。

所述拉锭机构采用拉锭支撑杆安装在真空炉壁的底部，拉锭支撑杆上部安装有铜板，铜板上安装石墨块，石墨块上放置硅锭，拉锭支撑杆和铜板中开设有冷却流道，冷却流道接通冷却源。

所述装粉桶顶部带有装粉盖，装粉盖位于真空炉壁上，外驱式挡粉板为L形挡粉板，挡粉板一端转动安装在转动机构中，转动机构安装在真空炉壁外。

所述坩埚安装在支撑底座的顶部，支撑底座安装在真空炉壁的底部，支撑底座上安装有保温套。