專利名稱：硅晶體的提純設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種硅晶體的提純設備。
背景技術：
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硅與氯化氫反應生成三氯氫硅、蒸餾提純三氯氫硅、在1100°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。該方法由于污染嚴重，能耗過高，于2009年被中國政府列為抑制建設項目。(具體見2009年9月沈日發文的《國務院批轉發展改革委等部門關于抑制部分行業產能過剩和重復建設引導產業健康發展若干意見的通知》)。Lawrence M Litz等申請的美國專利硅片結晶純化(U. S Pat. No. 3097068, 1963)，提出以金屬鋁為溶劑，通過重結晶過程純化硅。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，容易造成環境污染；(2)、溶解結晶采用了熔體在雙溫區轉移的方式，在高溫條件下熔體流動所需的高純管材及熔體流動的驅動力均難以獲得。Harsharn Tathgar2010 年申請的專利 W02010/098676A1，對 Litz 工藝的結晶過程做了改進，采用的裝置見圖2所示，方法是在結晶區投入少量粒徑為100 200微米的硅晶體，當晶體長大到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晶方法，裝置見圖3所示，避免了熔體在兩個坩堝間的轉移，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聚物依然包含大量的鋁，另外底部沉積的雜質與硅晶體難以分離。
實用新型內容為了克服現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種硅的提純裝置，結構簡單，分離效果好。為實現上述的目的，本實用新型采用了以下的技術方案硅晶體的提純設備，包括爐桶，爐桶的內壁設置保溫材料，保溫材料內側設有加熱器，爐桶頂部設置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設置旋轉托盤，旋轉托盤的上部安放坩堝，坩堝內底部設有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉動；坩堝內設置冷阱。所述的冷阱通過在坩堝內中上部插入冷卻棒形成，所述冷卻管設置在冷卻套筒
3內。本實用新型有以下積極的效果本實用新型結構簡單，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構示意圖；圖2是Harsharn Tathgar等人提出的硅提純工藝所采用裝置的結構示意圖；圖3是kott Nichol等人提出的硅提純工藝所采用裝置的結構示意圖；圖4為本實用新型硅晶體的提純設備結構示意圖；圖4中主要附圖標記的說明加熱器10、冷卻棒套筒11、攪拌槳葉12、針狀高純硅聚集體13、爐筒14、旋轉托盤15、坩堝16、爐蓋17、冷卻水管18。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本實用新型做進一步的詳細說明。圖4為硅晶體的提純設備結構示意圖。參照圖4所示，硅晶體的提純設備，包括 爐桶14，爐桶的內壁設置保溫材料，保溫材料內側為加熱器10。爐桶頂部設置爐蓋17，爐桶 14的底部設置旋轉托盤15，旋轉托盤的上部設有坩堝16，坩堝內底部設有無桿的攪拌槳葉 12，冷卻棒套筒11從坩堝頂部插入坩堝的上部。使用時，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，使爐內溫度按2 10°C /小時的速率降溫。冷卻棒套筒用高純石墨制成，以免污染硅鋁合金溶液。啟動旋轉托盤15，合金溶液在攪拌槳葉12驅動下強制對流，以利于在冷卻棒套筒上形成針狀高純硅聚集體；當合金溶液溫度降至600°C，在保溫狀態下將冷卻棒套筒取出，敲出表面結晶的半球狀針狀高純硅聚集體。坩堝16內的剩余熔體鑄成硅鋁合金錠出
上述具體實施方式
不以任何形式限制本實用新型的技術方案，凡是采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案均落在本實用新型的保護范圍。
權利要求1.硅晶體的提純設備，包括爐桶，爐桶的內壁設置保溫材料，保溫材料內側設有加熱器，爐桶頂部設置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設置旋轉托盤，旋轉托盤的上部安放坩堝， 坩堝內底部設有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉動；坩堝內設置冷阱。
2.根據權利要求1所述硅晶體的提純設備，其特征在于所述冷阱是通過在坩堝內中上部插入冷卻管形成。
3.根據權利要求2所述硅晶體的提純設備，其特征在于所述冷卻管設置在冷卻套筒內。
專利摘要本實用新型涉及一種硅晶體的提純設備，包括爐桶，爐桶的內壁設置保溫材料，爐桶頂部設置爐蓋，其特征在于爐桶的底部設置旋轉托盤，旋轉托盤的上部安放坩堝，坩堝內底部設有攪拌槳葉，攪拌槳葉隨坩堝轉動，攪拌合金溶液。坩堝內設置冷阱，冷阱通過向合金溶液中插入冷卻棒形成。本實用新型結構簡單，可獲得高純度針狀硅聚集體。
文檔編號C01B33/037GK202116323SQ20112023998
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者羅建平, 陳樹欽, 陳評 申請人:羅建平, 陳樹欽, 陳評