[发明专利]冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法

说明书

本发明公开了冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，炉体内设隔热板，隔板下方设驱动机构，驱动机构输出端的转轴贯穿隔热板伸入隔热板上方、端部设第一定位板，坩埚底部置于第一定位板的定位槽内；炉体盖板上的从动套管贯穿盖板伸入炉体内，端部设有第二定位板，第二定位板下板面的定位槽与坩埚顶部适配；通气管经从动套管、贯穿第二定位板伸入坩埚内。基于上述装置的除杂方法，先将工业硅块和造渣剂混合制混合后置于坩埚中加热，并通入压缩氮气搅拌，旋转坩埚；向坩埚中通入精炼气体；停止通气、加热，加速旋转坩埚直至杂质在坩埚内壁上凝固。本发明提供的基于除杂装置的除杂提纯方法，工业硅和造渣剂混合均匀，硅回收率高，提纯效果好。

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法。

背景技术

随着世界能源日趋短缺及环保意识提高，对太阳能光伏转换电池及其主要材料的需求日趋增加，作为生产太阳能光伏材料的高纯多晶硅(太阳能级硅6N)的纯化技术也引起世界关注。多晶硅成本占据太阳能电池成本的60％。西门子法虽然产品纯度高(11N)，但生产设备复杂，效率较低，而且投资巨大、能耗高，并释放含氯气体危及环境。为了克服西门子法的缺陷，研究者们试图用冶金法制备多晶硅。由于预期其具有能耗低、产出率高、建设周期短、投资门槛低(仅为改良西门子法的1/5-1/4)的特点，呈现良好的发展前景。相比西门子法，冶金法的缺点是硅锭中金属杂质和硼(B)、磷(P)、碳(C)等非金属杂质的含量都较高。

但现有的一些冶金提纯工业硅操作过程中，存在加工时间长、成本高、硅税回收率低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的一些冶金提纯工业硅操作过程中，存在加工时间长、成本高、硅税回收率低的问题，本发明提供了解决上述问题的冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

冶金法除杂制备太阳能级硅锭的装置，包括炉体，所述炉体内设有坩埚，其特征在于，所述炉体内靠近底部设有隔热板，炉体内位于隔热板下方的腔室内设有驱动机构，驱动机构的输出端设有转轴；所述转轴的自由端贯穿隔热板伸入隔热板上方的腔室内、且转轴的自由端设有第一定位板，所述第一定位板的上板面开设有定位槽，坩埚的底部置于定位槽内固定；

炉体的盖板上设有从动套管，所述从动套管的轴向一端贯穿盖板伸入炉体内，且从动套管伸入炉体的端部设有第二定位板，所述第二定位板的下板面上开设有与坩埚顶部适配的定位槽；

还包括通气管，所述通气管经从动套管、贯穿第二定位板伸入坩埚内；所述通气管伸入坩埚底部，且通气管伸入坩埚的端部侧壁上开设有若干通气孔；通气管位于炉体外的端部与预混器的输出端连通，所述预混器上设有至少两个输入管路；

第二定位板上还设有第一排气管，盖板上还设有第二排气管；炉体内围绕坩埚设有感应线圈和石墨加热体。

本发明提供的新型工业硅分离除杂的装置的工作原理为：先将坩埚置于炉体内的第一定位板上，然后向炉体内加入物料，将第二定位板覆盖在坩埚顶部敞口端、盖板覆盖在炉体顶部敞口端，通过磁感应圈和石墨加热板对坩埚内的物料进行加热；可通过通气管对坩埚内熔融物料进行通气处理，还可通过驱动机构驱动转轴转动、从而带动坩埚旋转，对坩埚内盛放的物料进行搅动、或产生较大的离心力作用。第一定位板和第二定位板起到对坩埚的稳固固定作用，保障旋转过程中结构的稳定性。此外，将气体从坩埚底部通入，且在通气管端部设置多个通气孔，优选多个通气孔沿通气管内壁等间距均匀分布，这样气体以一定速度通入工业硅液中起到气流搅拌作用，同时旋转坩埚，利于增加气流和工业硅液之间相互扰动作用，提高传质效率，对坩埚内的工业硅液起到均匀、平稳的搅动作用，大大提高了对工业硅和造渣剂的混合均匀效果。

优选地，所述转轴与从动套管分别通过轴承与隔热板和盖板连接。

且盖板上也可设置隔热板，通过轴承保障转轴和从动套管正常、高速转动的同时，也防止驱动机构及轴承受高温影响使用寿命。