多晶硅铸锭炉在线补料方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103882516 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103882516 A (21)申请号 201410111267.8 (22)申请日 2014.03.25 C30B 28/06(2006.01) C30B 29/06(2006.01) (71)申请人 山西中电科新能源技术有限公司 地址 030032 山西省太原市经济技术开发区 唐槐路 5 号 (72)发明人 周社柱 张瑾 王锋 李亚明 王晓东 (74)专利代理机构 太原华弈知识产权代理事务 所 14108 代理人 李毅 (54) 发明名称 多晶硅铸锭炉在线补料方法 (57) 摘要 本发明公开了。

2、一种多晶硅铸锭炉在线补料方 法， 解决了现有的多晶硅生产过程所存在的坩埚 耗材利用率低和生产产量大打折扣的问题。包括 当石英坩埚 （23） 中设置的块状多晶硅料 （24） 处 于半熔融状时， 并且石英坩埚 （23） 中空出的可补 料高度 H（25） 大于 100 毫米时， 打开插板阀 （8） ， 将料斗 （12） 向右滑动， 使螺旋给料机 （10） 的出料 端进入到导料仓 （5）的左侧入料口 （7）中， 启动 螺旋给料机驱动电机 （13） 进行补料， 在料斗 （12） 中的多晶硅颗粒料 （24） 通过导料仓 （5） 和下料管 （4） ， 并经在下料管 （4） 的出口间隔地设置的两片 半圆形缓冲。

3、挡料板 （22） 进入到石英坩埚 （23） 中。 实现了生产单位产品能耗的降低和单台设备的产 能提升。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103882516 A CN 103882516 A 1/1 页 2 1. 一种多晶硅铸锭炉在线补料方法， 包括以下步骤 ： 第一步、 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 （2） 上设置补料口 （3） ， 在补料口 （3） 上设置导料仓 （5） ， 将导料仓 （5） 的下料管 （4） 通过补料口 （3） 设置在。

4、多晶硅铸锭炉炉体 （1） 中的石英坩 埚 （23） 的上方， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 （2） 上分别设置导轨左支撑板 （15） 和导轨右支撑板 （16） ， 在导轨左支撑板 （15） 与导轨右支撑板 （16） 之间设置滑动导轨 （17） ， 料斗 （12） 通过料 斗滑动底座 （18） 活动设置在滑动导轨 （17） 上， 在料斗 （12） 的底部设置螺旋给料机 （10） ， 在料斗 （12） 中放置多晶硅颗粒料 （24） ， 在料斗出料口 （11） 与导料仓 （5） 的左侧入料口 （7） 之间设置可伸缩的导料波纹管 （9） ， 螺旋给料机 （10） 的出料端设置在导料波纹管 （9） 中， 在 多。

5、晶硅铸锭炉炉顶盖 （2） 上设置真空泵 （19） ， 真空泵 （19） 的抽真空口通过可伸缩的抽真空 波纹管 （20） 与料斗 （12） 上设置的抽气口 （21） 连通在一起 ； 第二步、 将导料仓 （5） 的左侧入料口 （7） 上设置的插板阀 （8） 关闭， 启动真空泵 （19） 将 料斗 （12） 抽真空到工艺要求状态 ； 第三步、 确定理论补料时间 t ： 先确定石英坩埚 （23） 中所装的块状多晶硅料 （24） 的质 量 M块， 测定石英坩埚 （23） 中所装的块状多晶硅料融化后的温度 T液， 根据块状多晶硅料的 熔点温度 T熔和多晶硅液态比热 C液， 利用以下公式 ： Q半=C液（T。

6、液-T熔） M块/2， 可计算出石英坩埚 （23） 中所装的块状多晶硅料处于半熔融状 态时所释放的理论热量 Q半； 再根据料斗 （12） 中设置的多晶硅颗粒料的温度 T颗和它的比热 C颗， 可计算出理论热量 Q半被多晶硅颗粒料吸收后全部融化的量 M颗， 计算公式为 ： M颗=Q半/ C颗（T熔-T颗） ， 最后根据螺旋给料机 （10） 的给料速度 V 即可计算出理论补料时间 t=M颗/V ； 第四步、 当石英坩埚 （23） 中设置的块状多晶硅料 （24） 处于半熔融状时， 并且石英坩埚 （23） 中空出的可补料高度 H（25） 大于 100 毫米时， 打开插板阀 （8） ， 将料斗 （12） 。

7、向右滑动， 使螺旋给料机 （10） 的出料端进入到导料仓 （5） 的左侧入料口 （7） 中， 启动螺旋给料机驱动 电机 （13） 进行补料， 在料斗 （12） 中的多晶硅颗粒料 （24） 通过导料仓 （5） 和下料管 （4） ， 并 经在下料管 （4） 的出口间隔地设置的两片半圆形缓冲挡料板 （22） 进入到石英坩埚 （23） 中 ； 第五步、 当补料时间达到第三步计算出的理论补料时间时， 关闭螺旋给料机驱动电机 （13） ， 将料斗 （12） 向左滑动， 使螺旋给料机 （10） 的出料端离开到导料仓 （5） 的左侧入料口 （7） ， 关闭插板阀 （8） ， 在线补料结束。 权 利 要 求 书。

8、 CN 103882516 A 2 1/4 页 3 多晶硅铸锭炉在线补料方法 技术领域 0001 本发明涉及一种多晶硅铸锭炉的补料方法， 特别涉及一种在多晶硅铸锭炉生产过 程中进行在线补料的方法。 背景技术 0002 硅基太阳能在缓解能源紧张和保护环境方面具有得天独厚的优势。 主要影响其发 展的关键是作为太阳能电池基料的多晶硅的生产过程成本很高， 特别是在多晶硅铸锭的生 长过程中， 各种损耗占比很大。 如何降低该生产环节的损耗成本， 已成为了国内外各生产厂 家急切想要解决的主要问题。目前， 多晶硅铸锭的生长主要是将硅料放入到方形高纯石英 坩埚内， 在坩埚内初次放入的均为块状硅料， 由于硅料形状。

9、的不规则， 坩埚在装满料后会存 在很多间隙。 在随后的加热过程中， 坩埚内的块状硅料熔化后， 会在坩埚上部形成一定的空 余空间。 由于坩埚在生产过程中是属于一次性耗品， 其空间的不能充分利用， 即带来了耗材 利用率低的缺陷， 还使生产产量大打折扣。 发明内容 0003 本发明提供了一种多晶硅铸锭炉在线补料方法， 解决了现有的多晶硅生产过程所 存在的坩埚耗材利用率低和生产产量大打折扣的技术问题。 0004 本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的 ： 一种多晶硅铸锭炉在线补料方法， 包括以下步骤 ： 第一步、 在多晶硅铸锭炉炉顶盖上设置补料口， 在补料口上设置导料仓， 将导料仓的 下料管通过补。

10、料口设置在多晶硅铸锭炉炉体中的石英坩埚的上方， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 上分别设置导轨左支撑板和导轨右支撑板， 在导轨左支撑板与导轨右支撑板之间设置滑动 导轨， 料斗通过料斗滑动底座活动设置在滑动导轨上， 在料斗的底部设置螺旋给料机， 在料 斗中设置多晶硅颗粒料， 在料斗出料口与导料仓的左侧入料口之间设置可伸缩的导料波纹 管， 螺旋给料机的出料端设置在导料波纹管中， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖上设置真空泵， 真空 泵的抽真空口通过可伸缩的抽真空波纹管与料斗上设置的抽气口连通在一起 ； 第二步、 将导料仓的左侧入料口上设置的插板阀关闭， 启动真空泵将料斗抽真空到工 艺要求状态 ； 第三步、 确定理论补料。

11、时间 t ： 先确定石英坩埚中所装的块状多晶硅料的质量 M块， 测定 石英坩埚中所装的块状多晶硅料融化后的温度 T液， 根据块状多晶硅料的熔点温度 T熔和多 晶硅液态比热 C液， 利用以下公式 ： Q半=C液（T液-T熔） M块/2， 可计算出石英坩埚中所装的块状 多晶硅料处于半熔融状态时所释放的理论热量 Q半； 再根据料斗中设置的多晶硅颗粒料的 温度 T颗和它的比热 C颗， 可计算出理论热量 Q半被多晶硅颗粒料吸收后全部融化的量 M颗， 计 算公式为 ： M颗=Q半/C颗（T熔-T颗） ， 由于加料过程中， 加热器功率输出也会相应的增加， 因此 此时的M颗是绝对安全添加重量， 最后根据螺旋给。

12、料机的给料速度V即可计算出理论补料时 间 t=M颗/V ； 说 明 书 CN 103882516 A 3 2/4 页 4 第四步、 当石英坩埚中设置的块状多晶硅料处于半熔融状时， 并且石英坩埚中空出的 可补料高度 H 大于 100 毫米时， 打开插板阀， 将料斗向右滑动， 使螺旋给料机的出料端进入 到导料仓的左侧入料口中， 启动螺旋给料机驱动电机进行补料， 在料斗中的多晶硅颗粒料 通过导料仓和下料管， 并经在下料管的出口间隔地设置的两片半圆形缓冲挡料板进入到石 英坩埚中 ； 第五步、 当补料时间达到第三步计算出的理论补料时间时， 关闭螺旋给料机驱动电机， 将料斗向左滑动， 使螺旋给料机的出料端。

13、离开到导料仓的左侧入料口， 关闭插板阀， 在线补 料结束。 0005 一种多晶硅铸锭炉在线补料系统， 包括多晶硅铸锭炉炉体， 在多晶硅铸锭炉炉顶 盖上设置有补料口， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖上分别设置有导轨左支撑板和导轨右支撑板， 在导轨左支撑板与导轨右支撑板之间设置有滑动导轨， 料斗通过料斗滑动底座活动设置在 滑动导轨上， 在料斗的底部设置有螺旋给料机， 在料斗中放置有多晶硅颗粒料， 在导轨右支 撑板的右侧面上固定设置有导料仓， 导料仓的下料管通过补料口设置在多晶硅铸锭炉炉体 中的石英坩埚的上方， 在导料仓的左侧入料口上设置有插板阀， 在料斗出料口与导料仓的 左侧入料口之间设置有可伸缩的导料波纹。

14、管， 螺旋给料机的出料端设置在导料波纹管中， 在螺旋给料机的左端连接有螺旋给料机驱动电机， 螺旋给料机驱动电机设置在支撑座上， 支撑座是固定设置在料斗滑动底座上的， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖上设置有真空泵， 真空泵 的抽真空口通过可伸缩的抽真空波纹管与料斗上设置的抽气口连通在一起。 0006 在下料管的出口处至少间隔地设置有两片半圆形缓冲挡料板， 在导料仓的顶部设 置有导料观察窗， 在料斗的顶部设置有可开合真空密封盖 ； 在石英坩埚中设置有半熔融状 的块状多晶硅料， 石英坩埚中空出的可补料高度 H 是大于 100 毫米的。 0007 本发明结构简单， 操作方便， 通过计算可确定合理的补料速度和补料。

15、重量， 实现了 生产单位产品能耗的降低和单台设备的产能提升。 附图说明 0008 图 1 是本发明的结构示意图。 具体实施方式 0009 下面结合附图对本发明进行详细说明 ： 一种多晶硅铸锭炉在线补料方法， 包括以下步骤 ： 第一步、 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 2 上设置补料口 3， 在补料口 3 上设置导料仓 5， 将导料 仓 5 的下料管 4 通过补料口 3 设置在多晶硅铸锭炉炉体 1 中的石英坩埚 23 的上方， 在多晶 硅铸锭炉炉顶盖 2 上分别设置导轨左支撑板 15 和导轨右支撑板 16， 在导轨左支撑板 15 与 导轨右支撑板 16 之间设置滑动导轨 17， 料斗 12 通过料斗滑动底。

16、座 18 活动设置在滑动导 轨 17 上， 在料斗 12 的底部设置螺旋给料机 10， 在料斗 12 中放置多晶硅颗粒料 24， 在料斗 出料口11与导料仓5的左侧入料口7之间设置可伸缩的导料波纹管9， 螺旋给料机10的出 料端设置在导料波纹管 9 中， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 2 上设置真空泵 19， 真空泵 19 的抽真 空口通过可伸缩的抽真空波纹管 20 与料斗 12 上设置的抽气口 21 连通在一起 ； 第二步、 将导料仓 5 的左侧入料口 7 上设置的插板阀 8 关闭， 启动真空泵 19 将料斗 12 说 明 书 CN 103882516 A 4 3/4 页 5 抽真空到工艺要求状态 。

17、； 第三步、 确定理论补料时间 t ： 先确定石英坩埚 23 中所装的块状多晶硅料 24 的质量 M 块， 测定石英坩埚 23 中所装的块状多晶硅料融化后的温度 T液， 根据块状多晶硅料熔点温度 T熔和多晶硅液态比热 C液， 利用以下公式 ： Q半=C液（T液-T熔） M块/2， 可计算出石英坩埚 23 中 所装的块状多晶硅料处于半熔融状态时所释放的理论热量 Q半； 再根据料斗 12 中设置的多 晶硅颗粒料的温度 T颗和它的比热 C颗， 可计算出理论热量 Q半被多晶硅颗粒料吸收后全部融 化的量 M颗， 计算公式为 ： M颗=Q半/C颗（T熔-T颗） ， 最后根据螺旋给料机 10 的给料速度 V。

18、 即可 计算出理论补料时间 t=M颗/V ； 第四步、 当石英坩埚 23 中设置的块状多晶硅料 24 处于半熔融状时， 并且石英坩埚 23 中空出的可补料高度 H25 大于 100 毫米时， 打开插板阀 8， 将料斗 12 向右滑动， 使螺旋给料 机 10 的出料端进入到导料仓 5 的左侧入料口 7 中， 启动螺旋给料机驱动电机 13 进行补料， 在料斗12中的多晶硅颗粒料24通过导料仓5和下料管4， 并经在下料管4的出口间隔地设 置的两片半圆形缓冲挡料板 22 进入到石英坩埚 23 中 ； 第五步、 当补料时间达到第三步计算出的理论补料时间时， 关闭螺旋给料机驱动电机 13， 将料斗12向左。

19、滑动， 使螺旋给料机10的出料端离开到导料仓5的左侧入料口7， 关闭插 板阀 8， 在线补料结束。 0010 一种多晶硅铸锭炉在线补料系统， 包括多晶硅铸锭炉炉体 1， 在多晶硅铸锭炉炉顶 盖 2 上设置有补料口 3， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 2 上分别设置有导轨左支撑板 15 和导轨右 支撑板 16， 在导轨左支撑板 15 与导轨右支撑板 16 之间设置有滑动导轨 17， 料斗 12 通过料 斗滑动底座 18 活动设置在滑动导轨 17 上， 在料斗 12 的底部设置有螺旋给料机 10， 在料斗 12 中设置有多晶硅颗粒料 24， 在导轨右支撑板 16 的右侧面上固定设置有导料仓 5， 导料仓 。

20、5 的下料管 4 通过补料口 3 设置在多晶硅铸锭炉炉体 1 中的石英坩埚 23 的上方， 在导料仓 5 的左侧入料口 7 上设置有插板阀 8， 在料斗出料口 11 与导料仓 5 的左侧入料口 7 之间设 置有可伸缩的导料波纹管 9， 螺旋给料机 10 的出料端设置在导料波纹管 9 中， 在螺旋给料 机 10 的左端连接有螺旋给料机驱动电机 13， 螺旋给料机驱动电机 13 设置在支撑座 14 上， 支撑座 14 是固定设置在料斗滑动底座 18 上的， 在多晶硅铸锭炉炉顶盖 2 上设置有真空泵 19， 真空泵 19 的抽真空口通过可伸缩的抽真空波纹管 20 与料斗 12 上设置的抽气口 21 。

21、连 通在一起。 0011 在下料管 4 的出口处至少间隔地设置有两片半圆形缓冲挡料板 22， 在导料仓 5 的 顶部设置有导料观察窗6， 在料斗12的顶部设置有可开合真空密封盖26 ； 在石英坩埚23中 设置有半熔融状的块状多晶硅料24， 石英坩埚23中空出的可补料高度H25是大于100毫米 的。 0012 多晶硅铸锭工艺过程分五个阶段 ： 加热、 熔化、 长晶、 退火、 冷却。各阶段有不同的 工艺状态和技术参数。在 M8 熔化阶段的第八步， 此时硅料开始从顶部熔化， 向坩埚底部流 动， 坩埚上部空间不断留出。以后， 随着硅料的不断熔化， 在坩埚上部较多的空间留出。此 时， 将料斗12沿滑动导。

22、轨17向左移出， 插板阀8关闭， 打开料斗12的料斗盖， 往里加入颗粒 料， 加完后， 关闭料斗盖， 打开真空泵 19， 将料斗 12 抽真空， 真空度到达目标之后， 打开插板 阀 8， 向右推进料斗 12 到补料位置， 开启螺旋给料机 10 向炉内加料， 此时， 小直径的颗粒料 即可通过补料机构缓慢地加热坩埚内， 通过顶部的观察孔观察坩埚内硅料的熔化情况。该 说 明 书 CN 103882516 A 5 4/4 页 6 料斗颗粒料补完后， 可以反复操作， 进行多次补料。若每炉装炉量增加量为平均按照 150 公 斤计算， 单位硅锭能耗经实际对比测量， 降低 14%， 由原来的 8 度 / 公斤降到 6.9 度 / 公斤， 每台设备产能提高 20%， 综合单位硅锭非硅成本降低 18%， 效果非常明显。 说 明 书 CN 103882516 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103882516 A 7 。