多晶铸锭炉技术参数123

多晶硅铸锭炉生产工艺控制技术和设备组成
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能够生产出合格的硅锭，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。

因此，详细地介绍了多晶硅铸锭炉的生产工艺，并主要对抽真空系统，压力控制系统、加热系统、测温系统、保温层升降系统等设备组成展开分析，探讨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。

 引言
 在世界能源形势日益严峻的当下，太阳能光伏产业得到了迅速的发展。

硅是太阳能电池重要的化学组成，多晶硅铸锭炉可以通过熔融和定向长晶凝固技术对硅进行调整和切片，使其成为符合太阳能电池生产要求的材料。

完善的生产工艺控制系统和科学的设备组成使得多晶硅铸锭炉可以保证较高的可靠性和稳定性。

 1、多晶硅铸锭炉生产工艺
 多晶硅铸锭炉的生产工艺是将热交换法和布里曼法进行了结合，硅在铸锭炉内发生结晶，硅锭生产加热过程中底部的隔热层和炉的保温层确保了严密的闭合状态，从而避免了硅锭生产热量的外泄和温度的不均衡造成的硅锭受热不均衡，为硅锭长晶创造了良好的环境。

当铸锭炉内的硅锭出现结晶情况时，开始向炉内充入保护器，在保持熔融硅原料的坩埚位置不变的情况下将保温层进行升高，这时保温层与隔热层之间会出现缝隙，坩埚底部的热量便会通过这个空隙散发出去，炉壁和气体这样的热量置换使得坩埚底部的温度逐渐降低，已经完成结晶的材料便会从加热区离开，但是熔融的硅液体却不会离开，使得硅锭结晶过程中固体和液体的界面形成了较为稳定的温度梯。

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j生。

开始结晶时，充入保护气，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50 h可生产200 kg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1．05 mPa；(2)预热温度：室温一1 200 oC；(3)预热时间：大约15 h；(4)预热保温要求：完全保温。

第二步：熔化(1)熔化真空度：大约44．1 Pa；(2)熔化温度：1 200℃～1 550℃；(3)熔化时间：大约5 h；(4)熔化保温要求：完全保温；(5)开始充保护气。

Insulation H eat E xchanger
热交换法(HEM)
目前国内生产厂家主要使用的一种炉型,特点：
坩埚和热源在熔化及凝固整个过程中均无相对位移。一般在坩 埚底部置一热开关，熔化时热开关关闭，起隔热作用；凝固开 始时热开关打开，以增强坩埚底部散热强度。长晶速度受坩埚 底部散热强度控制，如用水冷，则受冷却水流量所控制。 由于定向凝固只能是单方向热流，径向(即坩埚侧向)不能散 热，径向温度梯度趋于0，而坩埚和热源又静止不动，因此随 着凝固的进行，热源也即热场温度(大于熔点温度)会逐步向上 推移，同时又必须保证无径向热流，所以温场的控制与调节难 度要大。 如简图所示，液固界面逐步向上推移，液固界面处温度梯度必 须是正值，即大于0。但随着界面逐步向上推移，温度梯度逐 步降低直至趋于0。从以上分析可知热交换法的长晶速度及温 度梯度为变数。而且锭子高度受限制，要扩大容量只能是增加 硅锭截面积。 最大优点是炉子结构简单。
GT-Solar 结晶炉
特点:
底装料，易于操作 标准模块，易于安装 全自动生产 产量达 6.2MW 硅锭尺寸: 840x840mm 硅锭重量: ~450 kg
德国普发拓普公司结晶炉
特点： 通过热区六面加热实现高效率，缩短熔化周期； 底部装料系统方便快捷，易于操作和维修； 垂直梯度定向结晶工艺； 全自动工艺控制。 技术参数： 尺寸：840x840mm； 硅锭重量：390 Kg； 功率：330 KVA
德国ALD结晶炉
特点：
结构独立，可熔炼和结晶400Kg硅锭 底部和顶部均配备加热器系统，可控制结晶 配备可用于工业生产的PLC控制系统 工艺过程中无需移动坩埚 全自动熔炼、结晶和退火
尺寸Байду номын сангаас

一、公司概况北京京运通科技股份有限公司成立于2002年8月8日，并于2008年10月31日改制为股份有限公司，注册资金3.69亿元人民币，公司总资产15亿元人民币。

公司主要产品包括：软轴单晶炉、多晶铸锭炉、区熔单晶炉、硅芯炉、多晶硅还原炉、晶体下拉炉等。

企业2008年总产值达8亿元，2009年总产值6亿元，2010年全年总产值约10亿元。

公司目前员工总数560余人，大专以上学历人员占30%以上。

2008年4月公司在董事长冯焕培先生提议下，董事会聘请美国麻省理工学院机械工程博士黎志欣先生任京运通公司总裁兼首席运营官，负责公司的日常运营。

公司目标是要成为世界级光伏设备制造商，要把国际光伏先进设备和服务与国内的制造成本结合起来，为客户提供性价比最高的产品。

公司总部位于北京经济技术开发区经海四路158号，建筑面积达3.8万平方米的现代化大型装配厂房已于2009年初投入使用。

公司产能得到大幅度提升，已具备单晶炉月产150台，多晶硅铸锭炉50台的产能。

原有张家湾开发区厂区在改造扩建的同时，新购入各种大型及精密加工设备，已成为公司的设备加工基地，为京运通的发展奠定了坚实的基础。

我公司为北京市高新技术企业，中国电子专用设备工业协会和中国半导体材料协会会员单位。

公司从2003年申请并通过了ISO9001：2000质量管理体系认证审核。

主要产品进行了CE认证，公司拥有光伏设备相关专利30余项，具有较强的研发能力，不断推出的新产品，将促进企业的持续发展。

二、公司产品介绍公司产品硅晶体生长设备主要以软轴硅单晶炉和多晶硅铸锭炉为主力产品，其次还有区熔炉和多晶硅还原炉等其他相关炉型。

其中软轴单晶硅炉包括JRDL-800，JRDL-900两种主要炉型,从控制上分为(PLC IRCON 工控机),(PLC CCD 工控机)和(全自动.只限JRDL-900-AT)三种形式；多晶铸锭为JZ-270/450、JZ-460/660几种机型，控制上全部实现自动化，PLC控制系统为西门子新型产品。

公司简介一、公司概况北京京运通科技股份有限公司成立于2002年8月8日，并于2008年10月31日改制为股份有限公司，注册资金亿元人民币，公司总资产15亿元人民币。

公司主要产品包括：软轴单晶炉、多晶铸锭炉、区熔单晶炉、硅芯炉、多晶硅还原炉、晶体下拉炉等。

企业2008年总产值达8亿元，2009年总产值6亿元，2010年全年总产值约10亿元。

公司目前员工总数560余人，大专以上学历人员占30%以上。

2008年4月公司在董事长冯焕培先生提议下，董事会聘请美国麻省理工学院机械工程博士黎志欣先生任京运通公司总裁兼首席运营官，负责公司的日常运营。

公司目标是要成为世界级光伏设备制造商，要把国际光伏先进设备和服务与国内的制造成本结合起来，为客户提供性价比最高的产品。

公司总部位于北京经济技术开发区经海四路158号，建筑面积达万平方米的现代化大型装配厂房已于2009年初投入使用。

公司产能得到大幅度提升，已具备单晶炉月产150台，多晶硅铸锭炉50台的产能。

原有张家湾开发区厂区在改造扩建的同时，新购入各种大型及精密加工设备，已成为公司的设备加工基地，为京运通的发展奠定了坚实的基础。

我公司为北京市高新技术企业，中国电子专用设备工业协会和中国半导体材料协会会员单位。

公司从2003年申请并通过了ISO9001：2000质量管理体系认证审核。

主要产品进行了CE认证，公司拥有光伏设备相关专利30余项，具有较强的研发能力，不断推出的新产品，将促进企业的持续发展。

二、公司产品介绍公司产品硅晶体生长设备主要以软轴硅单晶炉和多晶硅铸锭炉为主力产品，其次还有区熔炉和多晶硅还原炉等其他相关炉型。

其中软轴单晶硅炉包括JRDL-800，JRDL-900两种主要炉型,从控制上分为(PLC IRCON 工控机),(PLC CCD 工控机)和(全自动.只限JRDL-900-AT)三种形式；多晶铸锭为JZ-270/450、JZ-460/660几种机型，控制上全部实现自动化，PLC控制系统为西门子新型产品。

DOC.#：文件号 REV：版本PI-I-0085 01PRODUCT产品：铸锭多晶部门
ORIGINATOR 编制TECH 技术QC 质量MFG 制造CUSTOMER客户：硅片车间签名
WORK STATION工序名称： 日期
1.0多晶铸锭炉基本工艺参数表
0±200-1550度1300-1580度1350-1450度1200-1400度0-1380度3-8H 10-20H 0-380-1550度1300-1580度1350-1450度1200-1400度0-1380度2.5-6H 9-18H
2.0说明
DSS铸锭炉在运行过程中由于工艺控制需要可对上述参数进行调整，并记录在《多晶DSS炉调整记录表》上。

3.0附表
《多晶DSS炉调整记录表》 PI-I-0085 01退火时间
冷却时间多晶GT炉主要工艺参数
offset值调整范围
SPECIAL WI 专用作业指导书
Reason(s) for Update 更新原因： 增加调整记录说明
多晶铸锭主要工艺参数标准
PAGE 页： 1 OF 1
加热阶段温度范围
offset值调整范围
熔化阶段温度范围
长晶阶段温度范围
退火阶段温度范围
冷却阶段温度范围
冷却时间多晶JS炉主要工艺参数
熔化阶段温度范围
长晶阶段温度范围
退火阶段温度范围
冷却阶段温度范围
退火时间
加热阶段温度范围。

DDL-240多晶硅铸锭炉
DDL-240多晶硅铸锭炉主要用于太阳能级多晶硅硅锭的铸锭生产，它采用先进的多晶硅定向凝固技术，将硅料高温熔化后通过特殊工艺冷凝结晶，使其形成晶向一致的硅锭，从而达到太阳能电池生产用多晶硅品质的要求，是一种高精度、高可靠性、自动化程度高的智能化大型控制设备。

特点：
高产能，高品质，多重安全防护措施，全中文工作环境，Windows操作模式，全程自动化，操作简单。

技术参数：
★铸锭重量：240kg
★加热功率：175kW
★加热区尺寸：927mm×927mm×470mm
★坩埚尺寸：720mm×720mm×420mm
★铸锭尺寸：690mm×690mm×220mm
★工作温度：1570℃
★长晶压力：500mbar
★控温精度：±1℃
★占地面积：5010mm×4600mm×5100mm（L×W×H）
★设备组成：结构平台、真空炉体、加热保温系统、真空系统、充气系统、水冷系统、电控系统。

附件1：JZ-460/660多晶铸锭炉技术参数一、JZ-460/660型多晶铸锭炉介绍JZ-460/660型多晶铸锭炉能生产520KG/660KG-800KG优质的多晶硅锭，本设备的生产量很大，能在60个小时的时间内生产出合格的硅锭。

设备操作简单，直观的界面，给操作人员节省很多时间来处理设备的运行情况，从而极大的提高了生产效率，节约了成本。

JZ-460/660型多晶铸锭炉使用高纯度的内涂氮化硅的石英坩埚，运行过程中，通过隔热层的提升，在热场内产生温度梯度，从而由下往上定向长晶，在整个长晶过程中只有隔热层一个部件在运动，大大减少了故障的发生，从而提高了炉子的稳定性能。

整个工艺过程分为装料，抽真空，检漏，加热，熔化，长晶，退火，冷却。

装料是在喷有氮化硅涂层的石英坩埚内，在保证不破坏涂层的条件下，进行装料。

装完料后开始抽真空，当压力降到0.008mbar时即可检漏，如果设备检漏通过，此时我们即可开始自动运行设备，按照配方工艺步骤运行。

在晶体生长过程中，一般自坩埚底部开始降温，当硅熔体温度低于熔点时，在接近坩埚底部处首先凝固，形成许多细小的核心，然后横向生长，当核心相互接触时，再逐渐向上生长，长大，形成柱状晶，柱状方向与晶体方向平行，直至所有的硅熔体都结晶为止，这样制备出来的多晶硅的晶粒大小，晶界结构，缺陷类型都很相似。

对于重量为520kg的铸造多晶硅而言，硅锭尺寸一般为840*840*316mm。

目前JZ-460/660炉型已被著名硅片制造厂家批量采用，稳定生产出高质量的硅锭。

二、JZ-460/660型多晶铸锭炉使用需要的环境条件(户内)a)环境温度：20±5℃b)环境湿度：≤ 65%（不结露）c)地质震动要求：外界震源：当大于10HZ时，振幅小于0～0.003mm三、我公司JZ-460/660多晶铸锭炉技术性能参数表Pa四、供货清单五、变压器技术规范1.输入额定电压：变压器每相带3个抽头3AC380V， 3AC400V，3AC420V 额定频率：50/60HZ电压波动范围：342V~418V2.输出额定容量：200KW额定电压：3AC25V3.其他加热控制方式：定周期调功方式调压方式：变压器一次侧调压变压器结构：△/Y控制信号：4~20mA功率因数：0.9六、设备布置图及土建资料七、多晶铸锭炉安装条件：（一）、供土建设计所有资料1.厂方要求安装起吊高度：≥6500mm 。