多晶硅铸锭炉的工作原理

多晶硅铸锭炉的工作原理首先，硅料熔融是多晶硅铸锭炉的第一步。

在炉中加入高纯度的硅料，通常是硅块或硅片，然后通过电阻加热或感应加热的方式将硅料加热到熔融温度。

在炉内，硅料中的硅原子由于热能的作用开始振动，并逐渐失去其原子间的结合力。

当硅料的温度达到熔点时，硅原子之间的键强度完全消失，形成了液态硅。

其次，铸锭凝固是多晶硅铸锭炉的第二步。

当硅料熔融后，开始降低温度使其凝固。

凝固过程中，硅原子重新排列并形成了晶体的结构。

在这个过程中，硅原子重新组合并排列成晶格结构，形成了多晶硅。

凝固速度的控制对于提高多晶硅的晶粒度和降低杂质含量非常重要。

通常情况下，在凝固过程中还会控制硅料的搅拌，以避免结晶过程中的杂质团聚。

首先，多晶硅铸锭炉的炉体结构非常重要。

炉体通常由石墨材料制成，可以耐受高温和化学反应。

石墨材料的热传导性能较好，可以加热和散热硅料，确保温度均匀且稳定。

其次，温度控制是多晶硅铸锭炉的关键。

在炉内加热过程中，需要对温度进行精确的控制，以确保硅料能够均匀熔融。

在铸锭凝固过程中，温度的准确控制对于晶体的形成和生长非常重要。

通常通过在炉体中设置多个温度传感器，并通过反馈控制系统来实现温度控制。

最后，搅拌和保护气氛是多晶硅铸锭炉中的重要步骤。

通过搅拌硅料可以改善熔融过程中的均匀性，避免杂质团聚。

此外，为了保护熔融硅料不受氧化的影响，炉内通常需要保持特定的气氛，如氢气或氩气。

总结起来，多晶硅铸锭炉的工作原理包括硅料熔融和铸锭凝固两个主要步骤。

硅料经过加热熔化后，凝固过程中重新排列并形成晶体结构。

在实际操作中，需要考虑炉体结构、温度控制、搅拌和保护气氛等因素的影响。

多晶硅铸锭炉操作与生产流程多晶硅铸锭是制备太阳能电池元件的重要材料之一、多晶硅铸锭炉的操作与生产流程包括原料准备、炉料制备、炉料充填、炉体封闭、炉体预热、炉体烧结、炉体冷却、铸锭取出等多个环节。

下面将逐一介绍这些环节的具体过程。

首先是原料准备。

多晶硅铸锭的主要原材料是硅石（SiO2）和木炭（C）。

硅石作为含硅的原料，在反应过程中能与木炭发生反应生成多晶硅。

为了保证炉料中硅石和木炭的质量均匀性和纯度，需要进行粉碎、筛分和干燥等处理。

接着是炉料制备。

将经过处理的硅石和木炭按一定比例混合，形成炉料。

炉料的混合比例对最终多晶硅铸锭的质量有很大影响，需要经过工艺参数的优化。

炉料充填是将炉料填充进铸锭炉中的过程。

首先，在铸锭炉的底部放置一层中性炉底材料，然后将炉料均匀地放置在中性炉底材料上，并用振动装置进行压实，以确保炉料充填的均匀性和致密性。

炉体封闭是指将铸锭炉密封起来，以防止炉内温度损失和杂质的进入。

封闭可以通过炉盖或壳体的安装等方式进行。

炉体预热是在充填好炉料并封闭炉体后，将铸锭炉进行加热。

预热的目的是将炉料中的水分和其他杂质蒸发和氧化，为炉体烧结做准备。

炉体烧结是将铸锭炉内的炉料进行高温加热，使硅石和木炭发生化学反应生成多晶硅。

炉体烧结的过程中需要控制炉内的气氛，以保证反应能够正常进行，并通过周期性的气氛调整来降低氧气、水分和其他杂质的含量。

炉体冷却是将烧结好的多晶硅铸锭炉进行冷却。

冷却过程需要控制冷却速度，以避免产生过多的晶界缺陷。

冷却的同时，还需要进行炉体内部的清理，以去除可能存在的杂质。

最后是铸锭取出。

在冷却完成后，将多晶硅铸锭从炉体中取出。

取出后，需要对铸锭进行切割和抛光等处理，得到适合太阳能电池元件制备的晶体硅片。

以上就是多晶硅铸锭炉的操作与生产流程的具体介绍。

通过上述环节的有序进行，能够得到质量稳定、纯度高的多晶硅铸锭，为后续的太阳能电池元件制备提供可靠的材料基础。

多晶硅铸锭炉的工作原理：将多晶硅料装入有涂层的坩埚内放在定向凝固块上；关闭炉镗后抽真空，加热待硅料完全熔化后，隔热笼缓慢往上提升，通过定向凝固块将硅料结晶时释放的热量辐射到下炉腔内壁上，使硅料中形成一个竖直温度梯度。

这个温度梯度使坩埚内的硅液从底部开始凝固，从熔体底部向顶部生长。

硅料凝固后，硅锭经过退火、冷却后出炉完成整个铸锭过程。

热场是多晶硅铸钻炉的心心脏，其内装石墨加热器、隔热层、坩埚和硅料等。

多晶硅工艺生产过程必须通过加热室的调整来实现，因此，多晶硅铸锭炉加热室的结构设计显得至关重要。

1加热方式分析为使硅料熔融，必须采用合适的加热方式。

从加热的效果而言，感应加热和辐射加热均可以达到所需的温度。

如果采用感应加热的方式，由于磁场是贯穿硅料进行加热，在硅料内部内部很难形成稳定的温度梯度，破坏晶体生产的一致性,而采用辐射加热可以对结晶过程的热量传递进行精确控制,易于在坩埚内部形成垂直的温度梯度，因此我们优先采用辐射加热的方式。

2 加热器的设计多晶硅铸锭炉加热器的加热能力必须超过1650℃，同时材料不能和硅材料反应,不对硅料造成污染，能在真空及惰性气氛中长期使用。

符合使用条件可供选择的加热器有金属钨、钼和非金属石墨等。

由于钨、钼价格昂贵，加工困难,而石墨来源广泛，可加工成各种形状。

另外，石墨具有热惯性小、可以快速加热，耐高温、耐热冲击性好，辐射面积大、加热效率高、且基本性能稳定等特点，因此我们采用高纯石墨作为加热材料。

根据盛装硅料坩埚的特点，加热器设计为如图2形状。

1.石墨加热板；2.石墨加热板；3.角接器；4.石墨电极；5.支承环；6、7、8.碳、碳螺栓、螺母图 2 石墨加热器基本结构2．1石墨加热器的设计计算该炉基本参数：额定功率：165 KV A：最大线电流：3800A：最大输出电压：25V。

加热器的接线方式(见图3)。

图3 加热器的接线方式由I线=3800A，可得：I相=3800/ √3=2194A则每个电阻的电流：I R =2194/2=1097每个电阻的阻值：R=25/1097=0.0228欧该加热器由4块加热板组成，则每块加热板电阻：R板=R*4/6=0.0228*4/6=0.0342欧功率校核：P总=6V2/103R代入得：P总=165KV A,符合额定功率指标。

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。

铸锭多晶硅的工艺流程铸锭多晶硅工艺和直拉单晶工艺都属于定向凝固过程，不过后者不需要籽晶。

当硅料完全融化后，缓慢下降坩埚，通过热交换台进行热量交换，使硅熔液形成垂直的，上高下低的温度梯度，保证垂直方向散热，此温度梯度会使硅在锅底产生很多自发晶核，自下而上的结晶，同时要求固液界面水平，这些自发晶核开始长大，由下而上地生长，直到整锅熔体结晶完毕，定向凝固就完成了，当所有的硅都固化之后，铸块再经过退火，冷却等步骤最终生产出高质量的铸锭。

冷却到规定温度后，开炉出锭。

铸锭多晶硅的优缺点相对于直拉单晶来说，铸锭多晶硅有如下优点1、备制造简单，容易实现全自动控制。

2、料比较广泛，可以利用直拉头尾料、集成电路的废片以及粒状硅料等，当然要将原工艺过程中的污染经过喷砂，腐蚀等手段清洗干净。

3、料量大，产量高，适合大规模生产。

4 、片大小可以随意选取i，例如690MM的方锭可以切成125MM 的方锭25个，也可切成156MM的方锭16个等。

铸锭溶晶生产大尺寸方片，但直拉法就难一些。

点晶体的熔无论融化了已经变成的熔体，或尚未融化的固体都在处在同一个温度值，尽管继续加热，温度却始终保持不变，这个温度就是晶体的熔点。

单晶硅的导热性与方向有关。

多晶硅片上有很多的晶粒，晶粒之间有明显的晶界，由于晶向各不相同，呈现出深浅不同的色差。

直拉单晶炉的热系统及热场1、热系统直拉单晶炉的热系统是指为了融化硅料，并保持在一定温度下进行单晶生长的整个系统，它包括加热器、保温罩、保温盖、托碗（石墨坩埚）、电极等部件，它们是由耐高温的高纯石墨和碳毡材料加工而成的。

加热系统长期使用在高温下，所以要求石墨材质结构均匀致密、坚固、耐用，变形小，无空洞，气孔率≤24%，无裂纹，弯曲强度40~60Mpa,颗粒度0.02~0.05mm,体积密度1.70~1.80g/310-cm,灰分≤1⨯4（100ppm)，金属杂质含量少，一般检测值在410-%数量级。

10-%~6加热器是热系统中最重要的部件，是直接的发热体，温度最高时达到1600。

多晶硅铸锭炉热场多晶硅铸锭炉是用于生产太阳能电池等光伏产品的关键设备之一。

在多晶硅铸锭炉的生产过程中，热场是一个非常重要的因素，它直接影响到多晶硅铸锭的质量和产量。

一、多晶硅铸锭炉的热场特点多晶硅铸锭炉是通过将硅料加热熔化，然后逐渐冷却结晶形成多晶硅铸锭。

在这个过程中，热场起到了至关重要的作用。

多晶硅铸锭炉的热场特点主要包括以下几个方面：1. 温度分布不均匀：由于加热方式和冷却方式的限制，多晶硅铸锭炉中的温度分布通常是不均匀的。

在炉内，温度通常从底部到顶部逐渐升高，且在炉体周围边缘温度较低。

2. 温度梯度大：多晶硅铸锭炉中存在较大的温度梯度。

在硅料熔化过程中，炉内上部的温度较高，而下部的温度较低。

这种温度梯度对于形成多晶硅铸锭的晶体结构具有重要影响。

3. 热流动不稳定：多晶硅铸锭炉内的热流动通常是不稳定的。

由于炉内温度分布的不均匀性和炉体结构的复杂性，热流动会受到多种因素的影响，如辐射传热、对流传热等。

二、多晶硅铸锭炉热场的调控方法为了改善多晶硅铸锭炉的热场特性，提高生产效率和产品质量，需要采取一系列的调控方法。

以下是几种常见的多晶硅铸锭炉热场调控方法：1. 加热方式优化：多晶硅铸锭炉的加热方式通常有电阻加热、感应加热等。

合理选择和优化加热方式可以改善炉内温度分布的均匀性，减小温度梯度。

2. 冷却方式控制：多晶硅铸锭炉的冷却方式通常有水冷和气冷两种。

通过调整冷却方式和冷却速度，可以控制炉内的温度梯度和冷却速率，影响多晶硅铸锭的晶体结构和质量。

3. 炉体结构优化：多晶硅铸锭炉的炉体结构对热场的分布和稳定性有着重要影响。

通过改变炉体结构和加强热场的隔离，可以减小炉内温度分布的不均匀性，提高热场的稳定性。

4. 热流动调控：通过优化炉内的热流动方式，可以改善热场的稳定性和温度分布的均匀性。

可以采用流体力学模拟和实验方法来研究和优化炉内的热流动，如调整气体流速、引入局部加热等。

5. 温度监测和控制：在多晶硅铸锭炉中，温度监测和控制是非常重要的环节。