[实用新型]一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置

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，特别涉及一种用于电子束浅熔池熔炼提纯多晶硅的水冷装置。

背景技术

太阳能电池可以将太阳能转化为电能，在常规能源紧缺的今天，太阳能具有巨大的应用价值。太阳能级高纯多晶硅材料（SOG-Si）是太阳能电池的基本原料，其供给的质量和充足性是支撑太阳能光伏产业发展的重要基础。全球的光伏产业发展迅猛，以中国为例，到2020年将达到20GW，年增长速度达到1.1倍。但与此同时，对太阳能级多晶硅生产的环保和节能限制愈发严格。2011年1月，工信部、发改委和环保部联合发布的《多晶硅行业准入条件》对多晶硅的电耗提出了明确的要求，到2011年底前，淘汰综合电耗大于200千瓦时/千克的太阳能级多晶硅生产线，支持节能环保太阳能级多晶硅技术研发，降低成本。在这种背景下，具有低成本、无污染、绿色制造特点的冶金法制备太阳能级多晶硅技术快速发展并有广阔的应用前景。

电子束是冶金法的关键技术，可以有效去除多晶硅中杂质磷和其他蒸发性杂质，已经被广泛认，并取得了很可观的经济效益。但是电子束熔炼仍存在能耗较高的问题，目前能耗在25kWh/kg左右，限制了电子束技术更加广泛的应用。电子束浅熔池熔炼是对电子束熔炼的改进，在大块硅锭的顶部通过电子束形成大面积浅层熔池，熔炼一段时间后去除磷等挥发性的杂质，此方法使用大块硅锭，硅锭与水冷铜之间的接触面积较少，能量利用率较高，但是满足于电子束浅熔池熔炼的水冷装置目前还没有解决。已知申请号为2008100713986.X的发明专利，利用电子束熔炼达到去除多晶硅中磷的目的，但该专利使用较大的整体的水冷铜坩埚作为熔炼的容器，能耗较大。

发明内容

本实用新型克服上述不足问题，提供一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，结构紧凑，易于操作，利用多层水冷铜套环束缚熔池，形成大面积的浅层熔池高效去除多晶硅中的磷等挥发性杂质，提纯效果好，达到太阳能级多晶硅材料的使用要求。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置，支撑底座内安装有水冷支撑杆，石墨块安装于水冷支撑杆的上方，支撑底座上一侧固定两根水冷连通轴，水冷铜套环采用相对成圆形的两瓣式结构，每瓣套环的一侧有套孔，套孔与水冷连通轴套装，每瓣套环可围绕水冷连通轴转动，套环的另一侧设有开闭装置，每瓣套环中开有冷却水通道，套环开闭装置一侧的支撑底座上安装有结晶器。

所述水冷铜套环有3-7层，由下向上安装于支撑底座之上的水冷连通轴上。

所述水冷装置的支撑底座固定在真空室底部，高磷硅锭置于水冷铜套环内部石墨块之上，机械泵、罗茨泵、扩散泵和放气阀分别安装于真空炉壁之上，电子枪安装于真空室上部，电子枪束流对准高磷硅锭顶部。

本实用新型装置结构紧凑，构思独特，电子束熔炼时不采用整体的水冷铜坩埚，而是直接将大块硅锭置于石墨块之上，并且在硅锭的外壁套上多层铜套环，电子束熔炼硅锭的顶部，在铜套环中形成浅层熔池，熔炼后去除磷杂质，然后将铜套环右侧打开一个小口，低磷硅液流入结晶器之中，此后完全打开上层铜套环，最后硅锭一层一层被熔化提纯并在结晶器中收集。每层硅锭熔炼过程中，下层的硅锭未熔化但温度升高，当电子束熔炼时，熔化提纯时间减少，整体提纯时间减少，能耗降低，效率提高，去除效果良好，可控性较强，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为本实用新型一种电子束浅熔池熔炼用水冷装置结构示意图。图2为图1中水冷铜套环的结构简图。图中，1. 电子枪，2. 真空炉壁，3. 真空室，4. 真空盖，5. 结晶器，6. 水冷支撑杆，7. 支撑底座，8. 石墨块，9.水冷铜套环，10. 水冷连通轴，11. 高磷硅锭，12. 机械泵，13. 罗茨泵，14.扩散泵，15. 放气阀，16.套孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图详细说明本实用新型，但本实用新型并不局限于具体实施例。

实施例1