【文章內(nèi)容簡介】 （防止不銹鋼爐底過熱）爐型 1示意圖定向凝固法與鑄錠澆注法相比，定向凝固法具有以下一些優(yōu)點(diǎn) :l 在同一個(gè)坩堝中進(jìn)行熔煉與凝固成形，避免了熔體的一次污染 。l 通過定向凝固得到的是柱狀晶，減輕了晶界的不利影響。l 由于定向凝固過程中的雜質(zhì)分凝效應(yīng)，對硅中平衡分凝系數(shù)遠(yuǎn)小于或大于 1的雜質(zhì)有一定的提純作用。 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造(EMCP) p 多晶硅電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造技術(shù)于 1985年由 Ciszek首先提出，而后在日本得到深入的研究，并將其成功應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中 。p 法國的 FrancisDurand等人在 Photowatt公司的合作下，也于 1989年將此方法應(yīng)用到太陽能電池用多晶硅的生產(chǎn)制備中。p EMCP法的最大特點(diǎn) :綜合了冷坩堝感應(yīng)熔煉與連續(xù)鑄造原理，集兩者優(yōu)點(diǎn)與一體； 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造(EMCP) p 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造過程中，顆粒硅料經(jīng)加料器以一定的速度連續(xù)進(jìn)入坩堝熔體中，通過熔體預(yù)熱及線圈感應(yīng)加熱熔化，隨下部硅錠一起向下抽拉凝固，從而實(shí)現(xiàn)過程的連續(xù)操作。p 由于硅在低溫下電阻不滿足感應(yīng)加熱的條件，所以起初坩堝底部加以石墨底托進(jìn)行預(yù)熱啟熔。電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造 (EMCP)原理圖 (EMCP) EMCP具有以下一些優(yōu)點(diǎn) :l 感應(yīng)熔煉過程中，熔體與坩堝無接觸或軟接觸，有效避免了坩堝對熔體的污染，所得錠中各雜質(zhì)含量基本與原料相同，氧含量有所降低，銅略高 。l 冷坩堝壽命長，可重復(fù)利用，有利于成本的降低 。l 由于電磁力的攪拌作用及連續(xù)鑄造，鑄錠性能穩(wěn)定、均勻，避免了常規(guī)澆注法過程中因雜質(zhì)分凝導(dǎo)致的鑄錠頭尾質(zhì)量較差、需切除的現(xiàn)象，材料利用率高 。l 連續(xù)鑄造有利于生產(chǎn)效率的提高，己達(dá) 30 kg/ h左右 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造(EMCP) 與此同時(shí)， EMCP法 也具有特有的一些缺陷 :l 所得多晶硅錠晶粒較小，外圍貼壁晶粒尺寸小于 1mm，中間部分稍大，但也僅 1～ 2 mm 。l 所得多晶硅晶內(nèi)缺陷較多。 電磁感應(yīng)加熱連續(xù)鑄造(EMCP)p 由于其所制備的多晶硅所含雜質(zhì)較少，而晶內(nèi)缺陷卻較多，因而在此對電池轉(zhuǎn)換效率影響最大的不是高的雜質(zhì)含量，而是晶內(nèi)缺陷。p 而晶內(nèi)缺陷有一定的內(nèi)除雜作用 (即雜質(zhì)大多集中于缺陷附近 )，所以，常規(guī)的外除雜己無多大意義，為此，研究開發(fā)了鈍化技術(shù)，以用來提高電池性能。1. Raw siliconElevennines(purity %) silicon is used as a raw materialSUMCOElectromagiccastingmethodElectromagic casting method2. Electromagic casting methodl Raw silicon is molten from high frequency induction heating using induction coils. The high frequency induction heating system allows an object to induce electric current using the same principle as an IH heater. l Since the electromagic force generated by the induction coil provides molten silicon with the force directed toward the center, the liquid silicon can maintain high purity without making contact with the crucible.l By lowering the ingot slowly, the liquid silicon cools gradually and crystallizes3. Square multicrystalline silicon ingotsThe ingot manufactured by the electromagic casting method is the largest silicon crystal for solar cells in the world with a length of 7,000 mm冷坩堝連續(xù)定向熔鑄多晶硅照片 多晶硅鑄錠 多晶硅片加工流程及裝備 多晶硅片加工的具體流程如下 :裝料 熔化 定向生長 冷卻凝固 Si錠出爐 破錠 多線切割 Si片清洗 包裝。多晶硅片加工的具體流程 多晶硅鑄錠 所對應(yīng)的裝備有 :l 用于石英坩堝內(nèi)噴涂氮化硅粉的噴涂設(shè)備l 噴涂后烘干固化的坩堝燒結(jié)設(shè)備l 多晶硅定向生長的多晶硅鑄錠爐l 將 Si錠剖解成所需尺寸方形多晶硅柱的剖錠機(jī)l 將 Si柱切割成 Si片的多線切割機(jī)l Si片清洗機(jī)等。單晶和多晶制備方法的優(yōu)劣比較坩堝噴涂坩堝噴涂p 目的：在石英坩堝內(nèi)壁表面進(jìn)行氮化硅噴涂，防止在鑄錠時(shí)硅液與坩堝壁直接接觸發(fā)生粘連。p 噴槍調(diào)試范圍：氮化硅通過噴槍噴射寬度為 46cm。p 重新噴涂坩堝時(shí)，將有問題的坩堝放在加熱器上，將坩堝的溫度加熱到 4050℃ 。p 稱取氮化硅粉末，通過 100200目尼龍紗網(wǎng)過濾氮化硅粉。坩堝噴涂p 檢查坩堝 → 坩堝預(yù)熱 → 配制氮化硅粉 → 加熱純水 → 攪拌氮化硅液體 → 噴涂作業(yè)p 注意：穿好連體防護(hù)服，穿好鞋套，戴好紗布手套、乳膠手套、防護(hù)眼鏡。p 坩堝燒結(jié)前，需檢查坩堝涂層的質(zhì)量，是否有脫粉、裂紋等。p 檢查坩堝涂層 → 擺放坩堝 → 檢查程序 → 啟動燒結(jié)p 燒結(jié)好的坩堝要盡快裝料、投爐，燒結(jié)好的坩堝在爐子外的保存時(shí)間為 ≤ 6小時(shí)。 p 燒結(jié)程序結(jié)束后，待爐內(nèi)溫度降至 100℃ 以下時(shí)，即可取出。坩堝噴涂臺 坩堝噴槍設(shè)備坩堝燒結(jié)爐多晶硅鑄錠過程中出現(xiàn)的粘堝現(xiàn)象p 在坩堝內(nèi)壁涂 Si3N4膜層。采用這種坩堝可以十分有效地降低來自坩堝雜質(zhì)的玷污。 Kishore等研究了使用Si3N4涂層后氧、碳濃度的變化，發(fā)現(xiàn)多晶硅中的氧、碳濃度都降低了。同時(shí)，使用 Si3N4涂層后熔液和坩堝內(nèi)壁不粘結(jié)，這樣既可以降低應(yīng)力又能夠多次使用坩堝，從而降低了成本。 多晶硅鑄錠p :將清洗后的或免洗的 Si料裝入噴有氮化硅的涂層的石英坩堝內(nèi)，整體放置在定向凝固塊上，下爐罩上升與上爐罩合攏，抽真空，并通入氬氣作為保護(hù)氣體，爐內(nèi)壓力大致保持在 4～ 610 4Pa左右 。p :利用均布于四周的石墨加熱器按設(shè)定的速率緩慢加熱，去除爐內(nèi)設(shè)施及 Si料表面吸附的濕氣等 。p :增大加熱功率，使?fàn)t內(nèi)溫度達(dá)到 1540℃ 左右的Si料熔化溫度并保持至 Si料完全熔化 。多晶硅片的典型生產(chǎn)工藝如下 : 多晶硅鑄錠p :Si料熔化結(jié)束后，適當(dāng)減小加熱功率，工作區(qū)溫度降至 1430℃ 左右的 Si熔點(diǎn)溫度，緩慢提升隔熱籠，使石英坩堝底部的定向凝固塊慢慢露出加熱區(qū)，形成垂直方向的大于 0℃ 的溫度梯度，坩堝中 Si的溫度自底部開始降低并形成固液界而，多晶開始在底部形成，隨著隔熱籠的提升，水平的固液界而也逐漸上升，多晶硅呈柱狀向上生長，生長過程中需要盡量保持水平方向的零溫度梯度，直至晶體生長完成，該過程視裝料的多少而定，約需要 20～ 30h 。 多晶硅鑄錠p :長晶完成后，由于坩堝中 Si料的上部和下部存在較大的溫差，這時(shí)的多晶硅錠會存在定的熱應(yīng)力，容易在后道剖錠、切片和電池制造過程中碎裂，因此，長晶后應(yīng)保溫在 Si熔點(diǎn)附近段時(shí)間以使整個(gè)晶錠的溫度逐漸均勻，減少或消除熱應(yīng)力 。p :退火后，加熱器停止加熱并通入大流量氬氣，使?fàn)t內(nèi)溫度逐漸降低，氣壓逐漸回升直至達(dá)到大氣壓及容許的出錠溫度 。 多晶硅鑄錠p :降低下爐罩，露出固定其上的坩堝，用專用的裝卸料叉車將坩堝叉出 。p :利用剖錠機(jī)將多晶硅錠上易吸收雜質(zhì)的上下表而及周邊切除，按所需 Si片尺寸 (如 125125mm規(guī)格或156156mm規(guī)格 )切割成均勻的方形 Si柱 。p :用多線切割機(jī)將方形 Si柱切割成厚度為 220mm左右的多晶硅片 。p 、包裝 :清洗切好的 Si片以去除切削液及表而的其他殘余物，烘干后包裝待用，工藝 結(jié)束 。 p裝料時(shí)，先把粒子狀、粉末狀或片狀的硅料輕輕鋪好底部，原因是避免刮破氮化硅涂層p多晶裝料所需物料：各種硅料、母合金、燒結(jié)好的石英坩堝。p裝料過程注意防塵，不接觸金屬，輕拿輕放，不碰壞噴涂層。環(huán)境要求：空氣濕度 ≤50% ；環(huán)境溫度 20℃ ～ 28℃ 裝料工藝流程：p硅料核計(jì) → 檢查坩堝涂層 → 裝料 → 裝石墨護(hù)板 → 緊固護(hù)板 多晶硅鑄錠p 多晶硅片的生產(chǎn)的核心設(shè)備為大容量多晶硅鑄錠爐，由罐狀爐體、加熱器、裝載及隔熱籠升降機(jī)構(gòu)、送氣及水冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)組成。p 多晶硅鑄錠爐的關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)有 :方便形成豎直溫度梯度的熱場設(shè)計(jì)技術(shù)、隔熱籠同步提升技術(shù)、石墨與銅電極異質(zhì)材料連接提高加熱器壽命技術(shù)、防 Si液泄漏等安全性設(shè)計(jì)技術(shù)、高溫耐材連接節(jié)能技術(shù)等。 多晶硅鑄錠其技術(shù)發(fā)展將朝著以下幾方而進(jìn)行，l 一是提高單爐產(chǎn)量，進(jìn)步降低多晶硅片生產(chǎn)成本 。l 二是優(yōu)化改進(jìn)工藝，提高產(chǎn)能、生產(chǎn)合格率和 Si錠質(zhì)量 。l 三是創(chuàng)新溫區(qū)設(shè)計(jì)，提高原料回收及再利用率 。l 四是節(jié)能，進(jìn)步降低單位生產(chǎn)能耗。GTDSS450的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)底部裝料令操作更加簡單安全 標(biāo)準(zhǔn)化夾層模塊可確保安裝方便快捷生產(chǎn)高效電池片的材料產(chǎn)能： ≥兆瓦， 156mm電池片，% 效率硅錠尺寸： 84厘米 x84厘米硅錠重量： 大于 400千克 全自動工藝步驟 保證硅錠質(zhì)量高效電源可節(jié)省電力資源CE認(rèn)證（歐洲電氣標(biāo)準(zhǔn)）JZDL4501. 硅錠重量： 450kg2. 坩堝尺寸（寬 長 高）： 877877420 mm3. 硅錠尺寸（寬 長 高）： 840840270 mm4. 石墨電阻加熱，加熱功率： 165（ 240） KVA5. 最高加熱溫度： 1600℃6. 全過程自動化控制，循環(huán)時(shí)間： 50hr7. 定向凝固運(yùn)動行程： 380 mm8. 下爐室運(yùn)動行程： 90