專利名稱：硅晶體的提純?cè)O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種硅晶體的提純?cè)O(shè)備。
背景技術(shù)：
太陽能電池用硅材料的主流制造工藝為西門子法，其工藝主要包括將冶金級(jí)硅與氯化氫反應(yīng)生成三氯氫硅、蒸餾提純?nèi)葰涔?、?100°c高溫下用高純氫氣還原提純后的三氯氫硅，獲高純度多晶硅。該方法由于污染嚴(yán)重，能耗過高，于2009年被中國政府列為抑制建設(shè)項(xiàng)目。(具體見2009年9月沈日發(fā)文的《國務(wù)院批轉(zhuǎn)發(fā)展改革委等部門關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過剩和重復(fù)建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展若干意見的通知》)。Lawrence M Litz等申請(qǐng)的美國專利硅片結(jié)晶純化(U. S Pat. No. 3097068, 1963)，提出以金屬鋁為溶劑，通過重結(jié)晶過程純化硅。其采用的裝置見圖1，工藝是由以下步驟組成(1)、將硅鋁按一定配比在第一坩堝中加熱溶解；(2)、將第一坩堝中合金熔體引入溫度稍低的第二坩堝中結(jié)晶；(3)、用帶孔耐火漏斗從第二坩堝中將析出的硅過濾撈出；(4)、將剩余熔體引回第一坩堝中；(5)、在第一坩堝中添加少許硅塊，溶解后重復(fù)步驟 (2)。該工藝的主要問題在于(1)、熔體中析出的硅為針狀顆粒，漏斗孔大則硅的收集得率很低，孔小則收集物中含鋁過高。通過酸洗的方法除鋁，則需要消耗大量的酸，損失大量的鋁，容易造成環(huán)境污染；(2)、溶解結(jié)晶采用了熔體在雙溫區(qū)轉(zhuǎn)移的方式，在高溫條件下熔體流動(dòng)所需的高純管材及熔體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力均難以獲得。Harsharn Tathgar2010 年申請(qǐng)的專利 W02010/098676A1，對(duì) Litz 工藝的結(jié)晶過程做了改進(jìn)，采用的裝置見圖2所示，方法是在結(jié)晶區(qū)投入少量粒徑為100 200微米的硅晶體，當(dāng)晶體長大到1 5mm后通過過濾或離心過濾方式將熔體與晶體分離。該專利雖然能有效提高硅晶體與鋁熔體的分離效率，但硅顆粒表面依然殘留有大量的鋁，上述兩個(gè)缺陷并沒有得到徹底解決。Scott Nichol在2011年獲得的專利US 7, 883, 680 B22011年，采用了單坩堝熔煉結(jié)晶方法，裝置見圖3所示，避免了熔體在兩個(gè)坩堝間的轉(zhuǎn)移，采用搗棒將析出的硅晶體搗至坩堝底部富集，上部熔體倒出。采用該方法富集的硅晶體團(tuán)聚物依然包含大量的鋁，另外底部沉積的雜質(zhì)與硅晶體難以分離。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種硅的提純裝置，結(jié)構(gòu)簡單，分離效果好。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案硅晶體的提純?cè)O(shè)備，包括爐桶，爐桶的內(nèi)壁設(shè)置保溫材料，保溫材料內(nèi)側(cè)設(shè)有加熱器，爐桶頂部設(shè)置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)托盤，旋轉(zhuǎn)托盤的上部安放坩堝，坩堝內(nèi)底部設(shè)有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)；坩堝內(nèi)設(shè)置冷阱。所述的冷阱通過在坩堝內(nèi)中上部插入冷卻棒形成，所述冷卻管設(shè)置在冷卻套筒
3內(nèi)。本實(shí)用新型有以下積極的效果本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高純度針狀硅聚集體。

圖1是Litz硅提純工藝所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是Harsharn Tathgar等人提出的硅提純工藝所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是kott Nichol等人提出的硅提純工藝所采用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型硅晶體的提純?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖4中主要附圖標(biāo)記的說明加熱器10、冷卻棒套筒11、攪拌槳葉12、針狀高純硅聚集體13、爐筒14、旋轉(zhuǎn)托盤15、坩堝16、爐蓋17、冷卻水管18。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖4為硅晶體的提純?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D4所示，硅晶體的提純?cè)O(shè)備，包括 爐桶14，爐桶的內(nèi)壁設(shè)置保溫材料，保溫材料內(nèi)側(cè)為加熱器10。爐桶頂部設(shè)置爐蓋17，爐桶 14的底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)托盤15，旋轉(zhuǎn)托盤的上部設(shè)有坩堝16，坩堝內(nèi)底部設(shè)有無桿的攪拌槳葉 12，冷卻棒套筒11從坩堝頂部插入坩堝的上部。使用時(shí)，將Si、Al等原料集中投入到坩堝8中，加熱到原料的熔融溫度，保溫，除去熔體表面浮渣后，將冷卻棒套筒11插入硅鋁熔體，在冷卻棒周圍形成冷阱，控制加熱器功率，使?fàn)t內(nèi)溫度按2 10°C /小時(shí)的速率降溫。冷卻棒套筒用高純石墨制成，以免污染硅鋁合金溶液。啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤15，合金溶液在攪拌槳葉12驅(qū)動(dòng)下強(qiáng)制對(duì)流，以利于在冷卻棒套筒上形成針狀高純硅聚集體；當(dāng)合金溶液溫度降至600°C，在保溫狀態(tài)下將冷卻棒套筒取出，敲出表面結(jié)晶的半球狀針狀高純硅聚集體。坩堝16內(nèi)的剩余熔體鑄成硅鋁合金錠出
上述具體實(shí)施方式
不以任何形式限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，凡是采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.硅晶體的提純?cè)O(shè)備，包括爐桶，爐桶的內(nèi)壁設(shè)置保溫材料，保溫材料內(nèi)側(cè)設(shè)有加熱器，爐桶頂部設(shè)置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)托盤，旋轉(zhuǎn)托盤的上部安放坩堝， 坩堝內(nèi)底部設(shè)有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)；坩堝內(nèi)設(shè)置冷阱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅晶體的提純?cè)O(shè)備，其特征在于所述冷阱是通過在坩堝內(nèi)中上部插入冷卻管形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述硅晶體的提純?cè)O(shè)備，其特征在于所述冷卻管設(shè)置在冷卻套筒內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種硅晶體的提純?cè)O(shè)備，包括爐桶，爐桶的內(nèi)壁設(shè)置保溫材料，爐桶頂部設(shè)置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設(shè)置旋轉(zhuǎn)托盤，旋轉(zhuǎn)托盤的上部安放坩堝，坩堝內(nèi)底部設(shè)有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌合金溶液。坩堝內(nèi)設(shè)置冷阱，冷阱通過向合金溶液中插入冷卻棒形成。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可獲得高純度針狀硅聚集體。
文檔編號(hào)C01B33/037GK202116323SQ20112023998
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者羅建平, 陳樹欽, 陳評(píng) 申請(qǐng)人:羅建平, 陳樹欽, 陳評(píng)