[发明专利]一种800kg以上大硅锭铸锭炉及铸锭工艺

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅生产设备技术领域，特别是用于制造大尺寸多晶硅铸锭的铸锭炉。本发明还涉及大硅锭铸锭工艺。

背景技术

太阳能发电最主要的手段是利用硅电池将太阳能转换为电能，而多晶硅铸锭是整个光伏产业的基础工艺。

多晶硅铸锭炉是用于制造大型多晶硅铸锭的设备，它是将硅料熔融后通过定向凝固冷凝结晶，使其形成晶相一致的硅锭，从而达到太阳能电池生产对硅片品质的要求。

其工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内，放在定向固化块上，关闭炉膛后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向固化块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉膛内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。

这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长，硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉完成整个铸锭过程。

热场是指多晶硅铸锭炉加热系统中的温度分布，它对多晶硅晶体的生长至关重要：晶体的冷却过程、固液界面的形状、晶体中的热应力分布等都是由生长过程中晶体中的温度场和温度梯度分布所决定的，因此多晶硅铸锭炉热场的结构设计显得尤为重要。

虽然太阳能电池的成本在不断下降，但随着市场竞争的加剧，为了提高竞争力，不断降低成本仍是光伏行业追求的目标。

现有多晶硅铸锭炉的热场可生产的硅锭主要有以下几种类型：第一种是重量为240千克，可开方十六块硅块（156mm×156mm）的硅锭；第二种是重量为400千克，可开方二十五块硅块的硅锭，即G5硅锭；第三种是通过纵向发展、增加高度铸造而成的重量为650千克的硅锭。

由于以上铸锭重量小，所以出材率低，单位耗能高，成本高。

因此，如何利用多晶硅铸锭炉铸造出重量更大的硅锭，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种800kg以上大硅锭铸锭炉。该铸锭炉能够铸造重量为800千克、可开方三十六块以上的大硅锭，从而显著提高硅锭出材率，降低单位能耗和成本。

本发明的第二目的是提供一种800kg以上大硅锭铸造工艺。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种800kg以上大硅锭铸锭炉，包括炉腔以及位于所述炉腔内的隔热笼、加热器、定向固化块、坩埚和隔热层，所述隔热笼能够上下升降，所述坩埚、定向固化块和隔热层从上而下依次布置，所述隔热笼的底部设有容纳所述隔热层的下开口，所述隔热层和隔热笼一起包围所述坩埚和定向固化块，所述加热器从所述坩埚周围和顶部进行加热。

优选地，所述隔热笼的容积能够容纳长度为1100mm、宽度为1100mm、高度为650mm以内的物体在隔热笼内加热。

优选地，所述隔热笼的内径为1100mm-1200mm；所述定向固化块的长度为1000mm-1100mm、宽度为1000mm-1100mm、厚度为140mm-160mm；所述坩埚加装石墨支撑板后的长度为1000mm-1200mm、宽度为1000mm-1200mm。

优选地，所述隔热笼的内径为1160mm；所述定向固化块的长度为1050mm、宽度为1050mm、厚度为150mm；所述坩埚加装石墨支撑板后的长度为1100mm、宽度为1100mm。

优选地，所述炉腔分为上下两部分，其中上部分固定，下部分能够通过丝杠进行升降。

优选地，所述隔热笼为不锈钢隔热笼，其内部设有碳素隔热层。

优选地，所述隔热笼底部设有圆角。

优选地，所述炉腔的壁内为水冷夹层。

为实现上述第二目的，本发明提供一种800kg以上大硅锭铸造工艺，利用上述任一项所述的大硅锭铸锭炉进行铸锭，包括以下步骤：

步骤1：放料，在坩埚内放入铸造800千克以上硅锭所需的硅料；

步骤2：加热，利用加热器对坩埚及坩埚内的硅料进行加热，其加热时间为16小时-18小时；

步骤3：熔化，控制坩埚内硅料的熔化温度为1555度-1565度；

步骤4：长晶，长晶阶段的长晶时间为34小时-38小时，并且在长晶第一阶段即开启隔热笼4mm-6mm；

步骤5：退火，设定退火时间为11小时-13小时；

步骤6：冷却。

优选地，所述步骤（2）中的加热时间为17小时；所述步骤（3）中的熔化温度为1560度；所述步骤（4）中的长晶时间为36小时，并且在长晶第一阶段即开启隔热笼5mm；所述步骤（5）中的退火时间为12小时。