椭圆棒多晶硅的制作方法

本实用新型总体涉及多晶硅产品，尤其涉及使用硅芯通过还原法所制得的太阳能级多晶硅产品。

背景技术：

目前的多晶硅产品一般使用还原炉进行生产，通常是利用方形或圆形(截面)硅芯形成多晶硅圆棒产品。这种多晶硅圆棒产品存在诸多缺陷，包括CVD过程由于沉积表面曲率大所导致的物理性能受损、不方便后续加工、不利于高效运输以及生产效率不高所带来的经济成本问题等等。

申请人之前的专利申请CN106167264A、CN106629737A、CN106698439A、CN107055544A以及CN206375678U等虽从不同方面加以改进，但仍然没有很好地解决上述问题。

其它一些专利申请包括CN202297149U、CN202625862U、 CN105460939A、CN107522205A等着眼于硅芯自身结构以期有所改进，但在产品性能和节能降耗等方面依然无法令人满意。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种多晶硅产品，其至少能克服上述某种或某些缺点。

根据本实用新型，提供了一种椭圆棒多晶硅棒，包括硅芯和围绕硅芯长成的多晶硅体，

其中在该椭圆棒多晶硅的横截面上，多晶硅体形成大致椭圆形，硅芯则形成基本居中位于椭圆形内的大致矩形；以及

其中硅芯表面积与硅芯重量之比在0.5cm²/g至1.8cm²/g之间，在该椭圆棒多晶硅的横截面上的多晶硅体所形成的大致椭圆形与硅芯所形成的大致矩形的面积之比在10至180之间。

根据本实用新型的多晶硅棒产品，硅芯表面积与硅芯重量之比优选在1.0cm²/g至1.5cm²/g之间，更优选在1.2cm²/g至1.3cm²/g之间。

根据本实用新型的多晶硅棒产品，在该椭圆棒多晶硅的横截面上的多晶硅体所形成的大致椭圆形与硅芯所形成的大致矩形的面积之比优选在20至140之间，更优选在50至80之间。

根据本实用新型的多晶硅棒产品，硅芯的矩形横截面的长宽之比优选在1.1至6之间，更优选在1.5-5之间，最优选为2。

根据本实用新型的多晶硅棒产品，硅芯表面粗糙度优选不低于5 μm，更优选不低于8μm。

根据本实用新型的多晶硅棒产品，硅芯的横截面的面积与其长度之比优选在0.45cm²/cm至30cm²/cm之间，更优选在3.6cm²/cm至 24cm²/cm之间。

本实用新型通过控制硅芯和硅棒产品二者的形状以及单位重量硅芯的有效生长面积等，获得了包括延性(800℃时即有合适的延性)、密度(2.3g/cm³左右)、硬度(莫氏硬度7左右)等物理性能均优异的多晶硅棒产品，这种椭圆棒多晶硅产品非常有利于后续加工成太阳能发电部件，非常有利于高效利用后续的运输空间，并增加了还原炉内空间利用率，从而还达到了节能降耗的效果。

附图说明

图1是根据本实用新型的硅芯搭桥结构示意图；

图2-4是根据本实用新型不同实施例的横梁(桥)结构示意图；

图5是根据本实用新型的硅芯结构示意图；

图6是根据本实用新型的多晶硅产品的结构示意图；以及

图7是用于示意性说明生产本实用新型的多晶硅产品的还原炉的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例以及附图对本实用新型的作出进一步的详细说明，但其并不用于限制本实用新型。

图1示出了本实用新型的硅芯搭桥结构，包括硅芯10和横梁(桥接部)11。生产时可以将硅芯10布置在例如图7所示的还原炉底盘 1上。

如图5所示，具有矩形横截面的硅芯10上端形成尖端101以方便插入将在下面详细描述的横梁11两端所设的安装孔110中。

图2示出了横梁11的一种结构。横梁11为矩形片，可以由多晶硅、单晶硅或者石墨等以切削方式制成，两端各开设一个安装孔110。所示安装孔110也形成为矩形。

图3示出了横梁11的另一种结构。与图2所示结构不同的是，两个矩形安装孔110相互平行且倾斜设置。安装孔110的中性线(图示倾斜虚线)与横梁长度方向(图示水平虚线)形成夹角β，夹角β可以为0～90度，优选为30～60度。由于还原炉的底盘通常设计成圆形，为了密铺硅芯以提高炉效，硅芯也通常在底盘1上呈同心圆排布，将安装孔110倾斜设置可以使硅芯10安装在横梁11上时有一定的倾斜角度，从而可以使得硅芯10也倾斜排布，从而更有利于密铺以更高效利用还原炉的空间。

图4示出了横梁11的又一种结构。与图3所示结构不同的是，横梁11形成平行四边形，两个矩形安装孔110的长边平行与横梁11 的短边布置。这种结构将会使硅棒更加均匀地生长。

本实用新型的矩形硅芯10也可以由多晶硅或单晶硅以切削方式制成，优选由多晶硅切削制成以降低成本。如后所述，硅芯10的表面积与硅芯重量之比非常关键，需要控制在0.5cm²/g至1.8cm²/g之间以提高产品质量并促进高效生产。例如，可以使用15*8*1800mm 规格的长方体硅芯，重量为496.8g；或者使用200*100*3600mm规格的长方体硅芯，重量为165600g。

另外，硅芯的表面粗糙度也很重要，需要控制为不低于5μm以改善初始有效生长表面。

图7示意性示出了用于生产多晶硅产品的还原炉，其包括底盘1、窥视孔2、炉体回水管3、电极4、底盘上水管5、进料管6、尾气口 7、炉体上水管8和钟罩9。为了简明起见，在此不再详细描述这种还原炉的结构和工作原理，并以参见方式引入申请人之前的专利申请 CN107758671A。

为了清楚起见，图7仅示出了布置在底盘1上的两个硅芯10并且省略了横梁11。实际生产时，底盘1上密铺硅芯10后再两两搭接横梁11，控制还原炉炉膛有效单位体积内硅芯生长面积在 0.005cm²/cm³至0.060cm²/cm³之间；并控制还原炉炉膛有效单位体积内最终长成的椭圆硅棒的表面积在0.08cm²/cm³至0.30cm²/cm³之间。以还原炉炉膛直筒段直径2200mm、高度3300mm，有效体积 12158080cm³为例，采用本实用新型的硅芯结构，将可以密铺至42 对3200mm*100mm*40mm规格的硅芯10，并搭接42根 250mm*100mm*40mm规格的横梁11；运行45小时，第6小时通 TCS料量为4000Kg/h；最终长成3300mm*150mm*90mm规格的椭圆硅棒产品以及250mm*150mm*90mm规格的横梁产品，产量 7000Kg。控制上述两个参数——还原炉炉膛有效单位体积内硅芯生长面积以及最终长成的椭圆硅棒的表面积非常重要，其可以使得生产过程中的平均沉积速度高达100kg/h左右，显著高于传统生产工艺的 40kg/h左右的沉积速度，从而达到节能降耗的生产效果。

图6示出了本实用新型的多晶硅椭圆棒产品的横截面，其包括矩形硅芯10和在其上长成的椭圆形多晶硅体20。通过上述生产工艺，本实用新型可以将在该多晶硅棒产品的横截面上的多晶硅体20所形成的大致椭圆形与硅芯10所形成的大致矩形的面积之比控制在10 至180之间。这种多晶硅椭圆棒产品具有如下优点：

1)通过本实用新型特别设计的矩形硅芯在增加沉积面积的同时有效降低了沉积层应力，从而改善了多晶硅产品的物理性能；

2)从还原炉直接制得的多晶硅椭圆棒利于后续加工成高效太阳能发电部件；

3)可增加有限空间的堆叠密度，有利于后续高效运输；以及

4)增加了还原炉内空间利用率，达到了节能降耗的效果。