[实用新型]一种浅熔池真空熔炼提纯多晶硅的设备

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，特别涉及一种将多晶硅中的磷和金属杂质去除的设备。

背景技术

太阳能级多晶硅材料是太阳能电池的重要原料，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。目前，世界范围内制备太阳能电池用多晶硅材料已形成规模化生产，目前的主要技术路线有：

（1）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。

（2）冶金法：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。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。

（3）硅烷法：是以氟硅酸（H₂SiF₆）、钠、铝、氢气为主要原材料制取硅烷（SiH₄），然后通过热分解生产多晶硅的工艺。该法基于化学工艺，能耗较大，与西门子方法相比无明显优势。

（4）流态化床法：是以SiCl₄（或SiF₄）和冶金级硅为原料，生产多晶硅的工艺。粒状多晶硅工艺法是流态化床工艺路线中典型的一种。但是该工艺的技术路线正在调试阶段。

在众多制备硅材料的方法中，已经可以投入产业化生产的只有改良西门子法、硅烷法、冶金法。但改良西门子法和硅烷法的设备投资大、成本高、污染严重、工艺复杂，不利于太阳能电池的普及性应用，相比而言冶金法具有生产周期短、污染小、成本低的特点，是各国竞相研发的重点。如已知申请号为2008100713986.X的发明专利，利用双电子枪电子束熔炼去除杂质磷和金属，但此方法中使用双电子枪，能耗较大，水冷铜坩埚中熔池的表面积不大，去除磷的速度较慢。

发明内容

本实用新型克服上述不足问题，提供一种浅熔池真空熔炼提纯多晶硅的设备，结构紧凑，综合利用高温、高真空下大表面积浅熔池熔炼多晶硅和定向凝固技术，易于操作，功能实用，可控性较强，快速蒸发去除杂质磷和定向去除金属杂质，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：一种浅熔池真空熔炼提纯多晶硅的设备，设备由炉盖及真空炉壁构成真空设备，真空设备的内腔即为真空室，真空室底部安装有拉锭机构，拉锭机构上安装熔炼坩锅，熔炼坩锅外安装有加热装置，真空室顶部外壁上安装有升降电动装置，升降电动装置驱动连接升降拉杆上端，升降拉杆下端穿过真空炉壁连接到真空室内的悬挂夹紧装置之上，悬挂夹紧装置位于熔炼坩锅上方。

所述悬挂夹紧装置由固定器、转动轴、夹紧器，夹紧螺栓构成，固定器装于升降拉杆底端，固定器两端对称位置安装有两个转动轴，每一转动轴上安装有一个夹紧器，固定器与夹紧器之间通过夹紧螺栓相连接；悬挂夹紧装置安装于升降拉杆底端，可固定或绕升降拉杆转动；所述升降拉杆与真空炉壁之间安装有密封圈进行密封。

所述悬挂夹紧装置可夹紧圆形，方形或不规则形状的硅棒。

所述拉锭机构采用石墨块安装于水冷拉锭杆之上，熔炼坩埚安装于石墨块之上。

所述加热装置由感应线圈、石墨套筒和保温碳毡构成，感应线圈、石墨套筒和保温碳毡从外到内安装支撑底座上，支撑底座固定安装在真空室底部拉锭机构外。