[发明专利]从超高纯石英材料冶炼并直接铸锭的设备及至切片制取太阳能级硅片的工艺

权利要求书

1.一种低成本生产多晶硅铸锭切片法太阳能电池材料的新方法及其专用设备。所说的新方法的特征是：以超高纯石英材料(石英砂或/和石英制品废料，化学名称为二氧化硅)和超高纯碳黑作为原料，经过电炉冶炼获得的熔硅直接进行铸锭并定向凝固成无开裂多晶硅锭，脱模取出制成多晶硅锭后，先把周边余量切到或分块切到标准尺寸再进行切片，以作为生产太阳能电池的硅片材料。所说的电炉即(a)电弧炉的两个(1)电极是用超高纯石墨棒制成并采用(2)超高纯陶瓷绝缘材料进行绝缘，其(3)炉衬也采用超高纯石墨或其它超高纯材料制成，其冶炼获得的熔硅的出口可以是单一的，也可以由多个出口组成，填加原料前，每一出口用一个(4)多晶硅片(块)作为堵头，并以(5)专用连接法兰盘固紧，所说的专用连接法兰盘的内沿的下端嵌有用超高纯材料制的(6)熔硅导槽，其上部安装有超高纯材料制的(8)熔硅限流板，以作为把电(弧)炉中的原料冶炼成熔硅后流出时输导到(b)铸锭炉中以供直接进行铸锭之用。

2.在权利要求1中所说的直接进行铸锭是由多个(特例为一个)同时或相继通过所说的专用连接法兰盘对准电(弧)炉的(7)熔硅出口的铸锭炉等设备的协调动作配合完成的，所说的每一个铸锭炉的上半部都有一个(9)可升降的钟罩形炉腔外壁，在此钟罩形炉腔外壁上除了有一(10)窥视镜外，还有一个和电(弧)炉熔硅出口专用法兰盘对接的法兰盘(11)对接口，在此法兰盘对接口内沿下端有一个略微下斜的嵌有超高纯材料制的(12)熔硅导槽，以保证熔硅直接流入铸锭炉的(13)石墨模具中，在所说的铸锭炉的下半部的固定部分的炉腔内，都设有熔硅(14)保温加热系统、横截面为方形的且内壁涂有供多晶硅锭脱模用的脱模剂的超高纯(13)石墨模具及其(15)支撑升降系统、抽真空系统、以及氩气输入输出和测温控温系统等。所说的定向凝固成无开裂多晶硅锭的过程即由此种铸锭炉单独完成的。当电(弧)炉和铸锭炉按上述要求完成对接后，进行抽真空，然后输入氩气至一个大气压；另一方面，在电(弧)炉中装入按预定比例混合的超高纯石英材料和经过成团处理过的超高纯碳黑原料后，启动电(弧)炉进行冶炼，当原料几乎全部耗尽而冶炼成熔硅时，每一熔硅出口处的多晶硅片(块)堵头被熔通，当熔硅几乎全部流出并被分配到相应的铸锭炉中的石墨模具中后，该石墨模具的底部在不断输入氩气的同时随其支撑升降系统缓慢下降，使多晶硅从底部开始凝固，逐渐向上以形成无开裂多晶硅锭。

3.根据权利要求1、2所说的(a)电(弧)炉和(b)铸锭炉的组合为本发明所说的新方法的专用设备，以及上述的用此设备进行的从超高纯石英材料冶炼直至取出多晶硅锭的工艺。

4.根据权利要求1、2、3所说的多晶硅锭的横截面边长为正方形单片太阳能电池最终产品的边长(一般统一标准定为10公分)长度或其边长的两倍长度再加上其长度的1～10％的周边余量。以及当用切边机切掉周边余量后，再用切片机把正方形边长为标准尺寸的多晶硅块切成约0.4毫米厚度的多晶硅片的工艺。

5.权利要求1、2、3中所说的“超高纯”的概念的含义是指在所用原料中所允许的杂质含量的标准是以保证采用本方法所制备的可以进一步制造成太阳能电池的多晶硅片的P型电阻率值在0.9～10.1(欧姆-厘米)的范围为宜。所说的超高纯石英材料可以是天然超高纯石英砂，也可以是把具有一定高纯度的石英砂或石英制品废料经过简单的化学或/和物理工序(如：酸洗、清洗、烘干)处理过后达到所说的“超高纯”的标准的石英材料。