一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于半导体材料制备领域，具体涉及一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，包括：熔炼造渣装置、阶梯除磷装置、分步氧化装置和精炼凝固装置。本实用新型专利技术将硅液经造渣除杂后，进入阶梯除磷装置，当硅液从硅液流槽口流出时，用电子枪的高能电子束轰击从槽口流出的硅液，从而快速的除去硅液中的磷杂质。在分步氧化装置内用不同的精练气体分步作用，除去硅液中的杂质硼、碳、金属等杂质，再通过脱气精练、定向凝固后，切除硅锭的高杂质部分，得到高纯度的太阳能级多晶硅产品，实现高纯多晶硅的连续工业化生产。

A Purification Device of High Purity Polycrystalline Silicon for Solar Cells

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置
本技术属于半导体材料制备领域，具体涉及一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置。
技术介绍
高纯多晶硅是硅产品产业链中的重要中间产品，是制造硅抛光片、太阳能电池的主要原料。对于集成电路行业来说，高纯多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。虽然我国多晶硅工业起步不晚，但由于生产工艺多采用传统西门子法，生产规模小，技术水平低，工艺陈旧，装备水平差，劳动生产率低，导致产量低，物耗、能耗高，原料的综合利用程度差，产品成本高，质量难以保证，和国际水平相比有较大差距。目前多晶硅主要采用化学提纯法生产。化学提纯方法主要有西门子法(气相沉淀反应法)、甲硅烷热分解法、流态化床法，其投资资金门槛和技术要求都比较高。在化学提纯法生产多晶硅过程中，会产生大量的氯化物和硅烷，对环境的污染严重，而且能耗也很大，生产成本高。因此，近年来，采用低成本的冶金制备方法从冶金级工业硅直接制备太阳能级高纯多晶硅的方法得到了广泛的研究。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种熔炼速度快、除杂方便快捷、能够实现连续生产、适用于产业化的从冶金级工业硅直接制备太阳能级高纯多晶硅的提纯装置。本技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，包括，熔炼造渣装置，其中部设置有电磁感应加热器，所述电磁感应加热器内部装有熔炼坩埚，所述熔炼坩埚上方设置有硅加料器和造渣剂加料器，所述坩埚底部设置有第一硅液开关，所述第一硅液开关下方的熔炼造渣装置底部设置有第一阀门；阶梯除磷装置，其设置于熔炼造渣装置下方，所述第一阀门正下方设置有第一贮槽，所述第一贮槽底部设置有第二硅液开关，所述第二硅液开关下方设置有依次斜向下排列的若干个硅液流槽，所述硅液流槽倾斜设置且在每个硅液流出方向一侧分别设置有电子枪，所述阶梯除磷装置下方设置有接收暂存硅液的第二贮槽，所述第二贮槽底部设置有第三硅液开关，所述第三硅液开关下方的阶梯除磷装置底部设置有第二阀门；分步氧化装置，其设置于阶梯除磷装置下方，所述分布氧化装置内设置有带不同精炼气体的第一区、第二区、第三区和第四区，所述分步氧化装置内设置有若干个用于装载硅液进行氧化氧化坩埚，所述氧化坩埚按顺序经过第一区、第二区和第三区进行氧化，所述第二阀门设置于第一区上方，所述第四区下方的分步氧化装置底部设置有第三阀门；精炼凝固装置，其设置于分步氧化装置下方，所述精炼凝固装置一侧连通第三阀门，所述第三阀门下方设置有可移动的精炼坩埚且另一侧精炼凝固装置的底部设置有定向凝固底模，所述精炼坩埚底部设置有精炼气体喷嘴，所述精炼坩埚当硅液达到定量后精炼坩埚移入到定向凝固底模上方，所述定向凝固底模下方设置有可带动凝固底模向下移动的拉环系统；冶金级硅经由造渣除杂、阶梯除磷、分步氧化除杂和脱气精炼、定向凝固，将硅锭的高杂质部分切除得到太阳能级多晶硅。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述熔炼造渣装置、阶梯除磷装置、分步氧化装置和精炼凝固装置的分别设置连通有真空系统。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述熔炼坩埚顶部设置有取样器。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述熔炼坩埚和电磁感应加热器之间设置有耐火材料，所述耐火材料底部设置有可开闭的塞孔，所述塞孔可与第一硅液开关相连通。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述第一贮槽外侧设置有第一加热保温装置，所述硅液流槽下方设置有第二加热保温装置。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述硅液流槽设置为向下倾斜10-30°。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述电子枪的电子束光斑直径大于硅液流直径。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述第一区上方设置有第一等离子枪，所述第一等离子枪内为氩气和氧气的混合气体，所述第二区上方设置有第二等离子枪，所述第二等离子枪内为氩气和氯气的混合气体，所述第三区上方设置有第三等离子枪，所述第三等离子枪内为氩气和水蒸气的混合气体，所述第四区上方设置有第四等离子枪，所述第四等离子枪内为氩气、水蒸气和氢气的混合气体。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述第一区、第二区、第三区和第四区呈田字分布，所述分步氧化装置的中心设置有旋转结构，所述旋转结构上设置连接有四个氧化坩埚且每个氧化坩埚可以通过旋转依次经过第一区、第二区、第三区和第四区。在上述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置中，所述第四区在侧面设置有用于将氧化坩埚翻转的机械手。本技术将硅液经造渣除杂后，进入阶梯除磷装置，当硅液从硅液流槽口流出时，用电子枪的高能电子束轰击从槽口流出的硅液，从而快速的除去硅液中的磷杂质。在分步氧化装置内用不同的精练气体分步作用，除去硅液中的杂质硼、碳、金属等杂质，再通过脱气精练、定向凝固后，切除硅锭的高杂质部分，得到高纯度的太阳能级多晶硅产品，实现高纯多晶硅的连续工业化生产。附图说明图1是本技术的装置结构总图示意图；图2是本技术的熔炼造渣装置结构示意图；图3是本技术的阶梯除磷装置结构示意图；图4是本技术的分步氧化装置结构示意图；图5是本技术的精练凝固装置结构示意图。如图，熔炼造渣装置100，电磁感应加热器110，熔炼坩埚120，硅加料器130，造渣剂加料器140，取样器150，第一硅液开关160，第一阀门170，耐火材料180，塞孔190，阶梯除磷装置200，第一贮槽210，第二硅液开关211，第一加热保温装置212，硅液流槽220，第二加热保温装置221，电子枪230，第二贮槽240，第三硅液开关241，第二阀门250，分步氧化装置300，第一区310第一等离子枪311，第二区320，第二等离子枪321，第三区330第三等离子枪331，第四区340，第四等离子枪341，氧化坩埚350旋转结构360，机械手370，第三阀门380，精炼凝固装置400，精炼坩埚410，精炼气体喷嘴411，定向凝固底模420，拉环系统421，真空系统500。具体实施方式以下是本技术的具体实施例并结合附图，对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。如图1-图5所示，一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，包括：熔炼造渣装置100、阶梯除磷装置200、分步氧化装置300和精炼凝固装置400，四部分结构组成了一套完整的高纯多晶硅提纯系统，能够实现冶金级硅到太阳能级高纯多晶硅的连续工业化生产。熔炼造渣装置100中部设置有电磁感应加热器110，电磁感应加热器110内部装有熔炼坩埚120，熔炼坩埚120上方设置有硅加料器130和造渣剂加料器140，坩埚底部设置有第一硅液开关160，第一硅液开关160下方的熔炼造渣装置100底部设置有第一阀门170。将工业级硅块状固体或粉末通过硅加料器130加入到熔炼坩埚120内，通过电磁感应加热器110对硅料进行加热，电磁感应加热器110的频率为500-100000Hz，把硅料熔化成液态硅。将硅液温度逐步升温到1600-2000℃，保温10-120分钟，期间根据取样器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，其特征在于，包括：熔炼造渣装置，其中部设置有电磁感应加热器，所述电磁感应加热器内部装有熔炼坩埚，所述熔炼坩埚上方设置有硅加料器和造渣剂加料器，所述坩埚底部设置有第一硅液开关，所述第一硅液开关下方的熔炼造渣装置底部设置有第一阀门；阶梯除磷装置，其设置于熔炼造渣装置下方，所述第一阀门正下方设置有第一贮槽，所述第一贮槽底部设置有第二硅液开关，所述第二硅液开关下方设置有依次斜向下排列的若干个硅液流槽，所述硅液流槽倾斜设置且在每个硅液流出方向一侧分别设置有电子枪，所述阶梯除磷装置下方设置有接收暂存硅液的第二贮槽，所述第二贮槽底部设置有第三硅液开关，所述第三硅液开关下方的阶梯除磷装置底部设置有第二阀门；分步氧化装置，其设置于阶梯除磷装置下方，所述分布氧化装置内设置有带不同精炼气体的第一区、第二区、第三区和第四区，所述分步氧化装置内设置有若干个用于装载硅液进行氧化氧化坩埚，所述氧化坩埚按顺序经过第一区、第二区和第三区进行氧化，所述第二阀门设置于第一区上方，所述第四区下方的分步氧化装置底部设置有第三阀门；精炼凝固装置，其设置于分步氧化装置下方，所述精炼凝固装置一侧连通第三阀门，所述第三阀门下方设置有可移动的精炼坩埚且另一侧精炼凝固装置的底部设置有定向凝固底模，所述精炼坩埚底部设置有精炼气体喷嘴，所述精炼坩埚当硅液达到定量后精炼坩埚移入到定向凝固底模上方，所述定向凝固底模下方设置有可带动凝固底模向下移动的拉环系统；冶金级硅经由造渣除杂、阶梯除磷、分步氧化除杂和脱气精炼、定向凝固，将硅锭的高杂质部分切除得到太阳能级多晶硅。...

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，其特征在于，包括：熔炼造渣装置，其中部设置有电磁感应加热器，所述电磁感应加热器内部装有熔炼坩埚，所述熔炼坩埚上方设置有硅加料器和造渣剂加料器，所述坩埚底部设置有第一硅液开关，所述第一硅液开关下方的熔炼造渣装置底部设置有第一阀门；阶梯除磷装置，其设置于熔炼造渣装置下方，所述第一阀门正下方设置有第一贮槽，所述第一贮槽底部设置有第二硅液开关，所述第二硅液开关下方设置有依次斜向下排列的若干个硅液流槽，所述硅液流槽倾斜设置且在每个硅液流出方向一侧分别设置有电子枪，所述阶梯除磷装置下方设置有接收暂存硅液的第二贮槽，所述第二贮槽底部设置有第三硅液开关，所述第三硅液开关下方的阶梯除磷装置底部设置有第二阀门；分步氧化装置，其设置于阶梯除磷装置下方，所述分布氧化装置内设置有带不同精炼气体的第一区、第二区、第三区和第四区，所述分步氧化装置内设置有若干个用于装载硅液进行氧化氧化坩埚，所述氧化坩埚按顺序经过第一区、第二区和第三区进行氧化，所述第二阀门设置于第一区上方，所述第四区下方的分步氧化装置底部设置有第三阀门；精炼凝固装置，其设置于分步氧化装置下方，所述精炼凝固装置一侧连通第三阀门，所述第三阀门下方设置有可移动的精炼坩埚且另一侧精炼凝固装置的底部设置有定向凝固底模，所述精炼坩埚底部设置有精炼气体喷嘴，所述精炼坩埚当硅液达到定量后精炼坩埚移入到定向凝固底模上方，所述定向凝固底模下方设置有可带动凝固底模向下移动的拉环系统；冶金级硅经由造渣除杂、阶梯除磷、分步氧化除杂和脱气精炼、定向凝固，将硅锭的高杂质部分切除得到太阳能级多晶硅。2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池的高纯多晶硅提纯装置，其特征在于，所述熔炼造渣装置、阶梯除磷装置、分步氧化装置和精炼凝固...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁正勇，
申请(专利权)人：宁波职业技术学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33