史珺博士:多晶硅鑄錠的加熱和熔硅過程

2014-09-12 10:29:20 太陽能發(fā)電網(wǎng)
多晶硅鑄錠通常分為加熱、熔料、高溫穩(wěn)定、結(jié)晶、退火、冷卻等六個階段。本文介紹加熱和熔料兩個過程。 (一)加熱準(zhǔn)備 裝好料后,再對爐內(nèi)進行一遍檢查,即可開爐。一般來說,要先對爐子進行抽真空。真空泵逐級打開后,開始通電加溫。抽真空的過程雖然
  這個過程的硅粉飛揚,比較難以避免,比較好的辦法是在硅粉的上部,以比較碎的塊料(尺寸在10-30mm)之間,鋪上一層,厚度大約在50-100mm;這樣,即便粉料有飛濺,塊料可以擋住,使其不會濺得太遠,而到達加熱體或保溫體。
  此外,還有一個方法,使在硅粉裝好后,采用細鋼絲,在硅粉內(nèi)部等間距扎一些小孔,從頂部到底部,這樣,這些孔的周圍由于間隙較大,使硅粉不容易形成密閉的球團,這經(jīng)過試驗也是比較有效的方式。
  第三個容易飛揚硅粉的階段,是硅粉的熔化期。硅粉熔化時,一方面和上述燒結(jié)階段的現(xiàn)象相同,另一方面,在硅粉熔化階段,粉料表面的物質(zhì)尤其是粉料的氧化層,會與硅液發(fā)生反應(yīng),生成一氧化硅氣體,以及其它的氣體,這些氣體也會以噴濺的形式產(chǎn)生,帶動硅粉或者表面的硅液飛濺出來。由于這個時候,整個坩堝內(nèi)的硅料會比較集中地發(fā)類似的效應(yīng),因此,雖然局部的效果不一定有前兩個階段嚴重,但總體效果可能這個時候噴濺是最厲害的。
  這個階段的避免與第二個階段一樣,也是很難避免。同樣,硅粉上面鋪設(shè)硅料,和扎小洞的方式也有一定的效果。有一個工藝處理方式,可以供大家參考。就是,在加熱時控制功率不要過高,使溫度上升時間也比較緩慢(防止硅粉內(nèi)部語四周的溫差過大),在熔點之下的某個溫度,例如1380 ℃(也可以1400 ℃,但因為測溫點與四周有溫差,因此,過于接近熔點時,可能周圍的硅粉已經(jīng)熔化),保溫一段時間,使得整個坩堝內(nèi)的硅粉都達到1380 ℃,然后再升溫熔化。這樣,由于同步高溫,熔化的時間較短,因此,產(chǎn)生燒結(jié)和形成料殼的幾率都大大減小。這個工藝,經(jīng)過試驗,也是有效的。
  當(dāng)坩堝中的硅粉大部分熔化后,硅粉會形成粉團漂浮在硅液表面,就像面粉在水里的情形類似。這些粉團內(nèi)部因為粉料絕熱的關(guān)系,因此比較難以熔化,而且粉團的表面溫度往往比硅液要低得多,當(dāng)粉團的數(shù)量較多時,可能會導(dǎo)致測溫不準(zhǔn),或者測溫點溫度波動幅度較大。
  為此,只能通過升高溫度的方法,將這些粉團逐漸全部熔化, 直到表面變清澈再繼續(xù)進行工藝。這也是為什么粉料的熔煉溫度要比塊料要高一些的原因。
  有的人說,粉料熔化的硅所長的晶粒比較細小,這有些超自然的意味。但很有可能是熔化時,硅粉熔化不完全,導(dǎo)致硅液中仍有不少細小顆粒,因此,成核較多的原因。解決的方法,依然應(yīng)當(dāng)是高溫保持,確認硅料熔化。而且在熔化后,最好還是在高溫區(qū)再等待一段時間,因為,我們的觀察窗口僅僅能觀察到坩堝表面的很小一片,在周圍可能還有不少未熔化的硅粉。當(dāng)粉料的粉粒全部溶化時,粉料的冶煉就應(yīng)當(dāng)與塊料完全一樣了。

作者: 來源:新浪 責(zé)任編輯:gaoting

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