多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组成

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1、多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组成摘要：多晶硅铸锭炉是多晶硅制造的关键设备之一，其工艺流程的稳定性、设备控制的稳定性和先进性直接关系到是否生成出合格的硅锭，而合格的硅锭直接决定着硅片制成的电池的光电转换效率。比较详细地介绍了多晶硅铸锭炉典型的生产工艺、设备组成和控制系统。重点介绍了控制系统的硬件控制结构、软件流程以及在设计时体现出的独到的设计理念和创新性。关键词：多晶硅；铸锭炉；太阳能电池中图分类号：TF806．9文献标识码：A文章编号：1001—3474(2008)05—0291—03Compositionand

2、ControlTechnologyofPolysiliconIngotFurnaceHOUWei—-qiang(CETCNo．2ResearchInstitute，Taiyuan030024，China)Abstract：Polysiliconingotfurnaceisakeyequipmentofpolysiliconmanufacture．。11Iequalityofsili·condependsonthestablenessofprocessandequipmentcontr01．Atthesanletime，

3、photoelectrieityratioofthecellmadebysiliconchipdependsonthequalityofsilicon．Introducethetypicalprocess，compositionandcontrolsystemofpolysiliconingotfurnace，andinnovationofequipmentdesign．keywords：Polysilicon；Ingotfurnace；SolarcellDocumentCode：AArticleID：100l一347

4、4(2008)05—0291—03多晶硅铸锭炉是太阳能光伏产业中，最为重要的设备之一。它通过使用化学方法得到的高纯度硅熔融，调整成为适合太阳能电池的化学组成，采用定向长晶凝固技术将溶体制成硅锭。这样，就可切片供太阳能电池使用。多晶硅铸锭炉采用的生长方法主要为热交换法与布里曼法结合的方式。这种类型的结晶炉，在加热过程中保温层和底部的隔热层闭合严密，保证加热时内部热量不会大量外泄，保证了加热的有效性及加热的均温性。开始结晶时，充人保护气，装有熔融硅料的坩埚不动，将保温层缓慢向上移动，坩埚底部的热量通过保温层与隔热层之间的空

5、隙发散出去，通过气体与炉壁的热量置换，逐渐降低坩埚底托的温度。在此过程中，结晶好的晶体逐步离开加热区，而熔融的硅液仍然处在加热区内。这样在结晶过程中液固界面形成比较稳定的温度梯度，有利于晶体的生长。其特点是液相温度梯度dT／dX接近常数，生长速度可调。通过多晶硅铸锭法所获得的多晶硅可直接获得方形材料，并能制出大型硅锭；电能消耗低，并能用较低纯度的硅作投炉料；全自动铸锭炉生产周期大约50h可生产200kg以上的硅锭，晶粒的尺寸达到厘米级；采用该工艺在多晶硅片上做出电池转换效率超过14％。多晶硅铸锭炉融合了当今先进的工艺技

6、术、控制技术、设备设计及制造技术，使它不仅具有完善的性能，而且具有稳定性好、可靠性高，适合长时间、大批量太阳能级多晶硅的生产。1多晶硅铸锭炉的主要工艺特点为了保证产品的性能及一致性，并适应大批量基金项目：国家863科研攻关项目(项目编号：2006AA052407)。作者简介：侯炜强(1966一)．，男，毕业于桂林电子工业学院，高级工程师，主要从事电子工艺专用设备的研发工作。万方数据电子工艺技术第29卷第5期太阳能级多晶硅的生产。根据以上的多晶硅铸锭炉定向生长凝固技术原理，并结合我国当前实际需要，我们特别制定了以下的工艺

7、流程。多晶硅主要工艺参数如下。第一步：预热(1)预热真空度：大约1．05m_Pa(2)预热温度：室温～1200℃；(3)预热时间：大约15h；(4)预热保温要求：完全保温。第二步：熔化(1)熔化真空度：大约44．1Pa；(2)熔化温度：1200℃一l550℃；(3)熔化时间：大约5h；(4)熔化保温要求：完全保温；(5)开始充保护气。第三步：长晶(1)长晶真空度：大约44．1Pa；(2)长晶温度：l440℃一l400℃；(3)长晶时间：大约10h；(4)长晶保温要求：缓慢取消保温；(5)连续充保护气。第四步：退火(1)

8、退火真空度：大约44．1Pa；(2)退火温度：l400℃一1000℃；(3)退火时间：大约8．5h；(4)退火保温要求：完全保温；(5)连续充保护气。第五步：冷却(1)冷却真空度：大约52．5Pa；(2)冷却温度：1000℃一400℃；(3)冷却时间：大约6h；(4)冷却保温要求：完全保温；(5)连续充保护。2多晶硅铸锭炉设备组成