本實(shí)用新型專利是一種用物理法低成本去除太陽(yáng)能級(jí)多晶硅中金屬雜質(zhì)的設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，在物理法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的工藝中，一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是利用定向凝固原理去除金屬雜質(zhì)。即將熔化的硅液注入坩堝中，在坩堝中的硅液凝固過(guò)程中采用強(qiáng)制手段，在尚未凝固的硅液中建立起特定方向的溫度梯度，從而使硅液沿著與熱流相反的方向逐漸凝固，由于分凝系數(shù)的不同，金屬雜質(zhì)在液態(tài)硅中的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在固態(tài)硅中的含量，這樣就使原來(lái)在全體硅液中的金屬雜質(zhì)大量聚集在最后階段凝固的固態(tài)硅中，這樣就達(dá)到了去除金屬雜質(zhì)的目的。

見(jiàn)圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)方案中，先用熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝將原料硅熔化成硅液，然后再將硅液注入定向凝固坩堝中進(jìn)行定向凝固以去除金屬雜質(zhì)。

上述技術(shù)方案有以下兩個(gè)嚴(yán)重缺陷：

(1)為提高生產(chǎn)效率，熔煉中頻感應(yīng)爐中的熔煉坩堝的容量很大，達(dá)到1.5噸以上，造成其倒出的硅液也在1.5噸以上，而由于工藝的限制，熔煉中頻感應(yīng)爐中的熔煉坩堝與定向凝固坩堝的坩堝底高度差在2米以上，在倒出的過(guò)程中由于卷吸效應(yīng)，大量的空氣被卷入到硅液中。

(2)由于熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝的材質(zhì)是剛玉，其最高連續(xù)使用溫度不超過(guò)1650℃，所以從熔煉中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝中倒出的硅液的溫度也不會(huì)超過(guò)1650℃，在硅液注入定向凝固坩堝后，溫度迅速下降，粘度增加，而為了防止溫度的過(guò)分下降，被迫加大從中頻感應(yīng)爐的熔煉坩堝倒出的硅液的速度，以縮短倒硅液的時(shí)間，這就使空氣被卷入到硅液中的問(wèn)題更加嚴(yán)重，卷入的空氣很難上浮逸出從而形成氣泡，最后被滯留在凝固的硅錠中形成氣孔，給以后的硅錠開(kāi)方工序造成嚴(yán)重困難，造成產(chǎn)品合格率大大下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)方案存在的問(wèn)題，提供一種消除澆注硅液時(shí)被卷入到內(nèi)部的空氣的設(shè)備，它可以基本消除注入到定向凝固坩堝中的硅液內(nèi)部的氣泡，防止硅錠內(nèi)部產(chǎn)生氣孔。

本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種消除澆注硅液時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生氣孔的設(shè)備，包括熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝，熔煉中頻感應(yīng)爐中設(shè)有熔煉坩堝；在熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝一側(cè)的場(chǎng)地上設(shè)置一臺(tái)緩沖中頻感應(yīng)爐，其內(nèi)部安裝石墨坩堝；緩沖中頻感應(yīng)爐中的石墨坩堝外纏繞上、下兩套獨(dú)立的感應(yīng)線圈：上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈；緩沖中頻感應(yīng)爐下部裝有電動(dòng)輪，電動(dòng)輪坐落在軌道上；在軌道旁設(shè)有冷卻水溝，為緩沖中頻感應(yīng)爐提供冷卻循環(huán)水源。

石墨坩堝的容量與定向凝固坩堝的容量一樣。

緩沖中頻感應(yīng)爐由場(chǎng)地上空的滑動(dòng)接觸線提供三相380V工作電源。

上感應(yīng)線圈和下感應(yīng)線圈由電源獨(dú)立供電，其中上感應(yīng)線圈工作頻率為600Hz，下感應(yīng)線圈工作頻率為200Hz。

緩沖中頻感應(yīng)爐上部有保護(hù)罩，在保護(hù)罩上裝有氬氣吹入管。

電動(dòng)輪由伺服電機(jī)帶動(dòng)，可沿軌道縱向在熔煉中頻感應(yīng)爐和定向凝固坩堝之間運(yùn)動(dòng)。

本實(shí)用新型的效果為：

本實(shí)用新型中由于增加了緩沖中頻感應(yīng)爐，使最終凝固的硅錠中就不會(huì)出現(xiàn)氣泡，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，給以后的硅錠開(kāi)方工序造成便利，極大提高了生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1為在目前的物理法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的工藝中，去除金屬雜質(zhì)的設(shè)備示意圖；

圖2為本實(shí)用新型工作狀態(tài)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型設(shè)備中緩沖中頻感應(yīng)爐的石墨坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：熔煉中頻感應(yīng)爐1，硅液2，熔煉坩堝3，緩沖中頻感應(yīng)爐4，定向凝固坩堝5，氬氣吹入管6，石墨坩堝7，上感應(yīng)線圈8，下感應(yīng)線圈9，軌道10，保護(hù)罩11，冷卻水溝12。

具體實(shí)施方式

參見(jiàn)圖2，本實(shí)用新型消除澆注硅液時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生氣孔的設(shè)備，包括熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5，熔煉中頻感應(yīng)爐1中設(shè)有熔煉坩堝3。在熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5一側(cè)的場(chǎng)地上設(shè)置一臺(tái)緩沖中頻感應(yīng)爐4，其內(nèi)部安裝石墨坩堝7。該石墨坩堝7的容量與定向凝固坩堝5的容量基本一樣。緩沖中頻感應(yīng)爐4的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。緩沖中頻感應(yīng)爐4中的石墨坩堝7外纏繞上、下兩套獨(dú)立的感應(yīng)線圈：上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9。上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9由電源獨(dú)立供電，其中上感應(yīng)線圈8工作頻率為600Hz，下感應(yīng)線圈9工作頻率為200Hz。緩沖中頻感應(yīng)爐4上部有保護(hù)罩11，在保護(hù)罩11上裝有氬氣吹入管6。緩沖中頻感應(yīng)爐4下部裝有電動(dòng)輪(圖中未示)，電動(dòng)輪坐落在軌道10上。該電動(dòng)輪由伺服電機(jī)帶動(dòng)，可以沿軌道10縱向按要求的速度和位置在熔煉中頻感應(yīng)爐1和定向凝固坩堝5之間運(yùn)動(dòng)。緩沖中頻感應(yīng)爐4由場(chǎng)地上空的滑動(dòng)接觸線提供三相380V工作電源；在軌道10旁設(shè)有冷卻水溝12，為緩沖中頻感應(yīng)爐4提供冷卻循環(huán)水源，以保證緩沖中頻感應(yīng)爐4在沿軌道10縱向移動(dòng)時(shí)能保證電源及冷卻水的供應(yīng)不至于中斷。

使用緩沖中頻感應(yīng)爐4之前，先給上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈9同時(shí)通電以預(yù)熱石墨坩堝7，此時(shí)還通過(guò)保護(hù)罩11上的氬氣吹入管6吹入氬氣，以保護(hù)石墨坩堝7不會(huì)在高溫下被氧化。當(dāng)石墨坩堝7預(yù)熱到1600℃以上后，即可將緩沖中頻感應(yīng)爐4通過(guò)軌道10運(yùn)行到與熔煉中頻感應(yīng)爐1完全對(duì)正的位置(圖2的下面位置)，此時(shí)移開(kāi)保護(hù)罩11并傾動(dòng)熔煉中頻感應(yīng)爐1，將熔煉坩堝3中的硅液2倒入緩沖中頻感應(yīng)爐4的石墨坩堝7內(nèi)，此時(shí)，與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)相仿，石墨坩堝7內(nèi)的硅液2中含有大量的氣泡。

再將保護(hù)罩11蓋到石墨坩堝7上并繼續(xù)通過(guò)氬氣吹入管6吹入氬氣，以保護(hù)石墨坩堝7不會(huì)在高溫下被氧化，同時(shí)繼續(xù)給上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈10同時(shí)通電。下感應(yīng)線圈10的工作頻率為200Hz，對(duì)應(yīng)的電磁透入深度大，可以使電磁攪拌力進(jìn)入到石墨坩堝7中下部硅液2的內(nèi)部，既起到加熱硅液2以降低其粘度的作用，又有強(qiáng)烈的攪拌作用，促使硅液2中的氣泡上浮到表面逸出。而上感應(yīng)線圈10的工作頻率為600Hz，對(duì)應(yīng)的電磁透入深度較小，只是起到加熱硅液2以降低其粘度的作用，使硅液2中下層的氣泡順利上浮并逸出，又不至于由于硅液2的劇烈翻滾而對(duì)石墨坩堝7造成劇烈沖刷而降低其使用壽命。

當(dāng)緩沖中頻感應(yīng)爐4工作十分鐘以上時(shí)，石墨坩堝7內(nèi)部的硅液2溫度達(dá)到1850℃以上且表面無(wú)氣泡逸出(注意：觀察氣泡的溢出應(yīng)戴上墨鏡用肉眼觀察，否則會(huì)燒傷眼球且看不清楚)，此時(shí)將緩沖中頻感應(yīng)爐4通過(guò)軌道10運(yùn)行到與定向凝固坩堝5完全對(duì)正的位置(圖2的上面位置)，此時(shí)移開(kāi)保護(hù)罩11并傾動(dòng)緩沖中頻感應(yīng)爐4，將坩堝7中的硅液2倒入定向凝固坩堝5內(nèi)。此時(shí)，由于石墨坩堝7內(nèi)的硅液2溫度達(dá)到1850℃以上，粘度很低，即使在倒入硅液2的過(guò)程中卷入一些空氣，也會(huì)迅速上浮到硅液2表面逸出，最終凝固的硅錠中就不會(huì)出現(xiàn)氣泡。

將倒空的石墨坩堝7恢復(fù)到正常位置并再蓋上保護(hù)罩11，關(guān)掉上感應(yīng)線圈8和下感應(yīng)線圈10的電源，通過(guò)氬氣吹入管6繼續(xù)吹入氬氣，直到石墨坩堝7的溫度下降到350℃以下時(shí)，方可停止繼續(xù)吹入氬氣，等待下一次使用。