摘 要

多晶硅铸锭炉主要用于太阳能级多晶硅硅锭的大生产，多晶硅硅锭是太阳能电池的主要材料，硅锭的质量也直接影响到太阳能电池的光电转换效率。在多晶硅铸锭炉上采用先进的多晶硅定向凝固技术,硅材料经高温熔融后经特殊工艺浓缩结晶,可满足太阳能电池生产中多晶硅品质要求，是一种适用于长时间连续工作，高精度、高可靠性、自动化程度高的智能化大生产设备。而随着全世界环境的日益恶化、能源的短缺和可再生能源的快速发展,光伏发电产业迅速崛起,逐渐成为了全球新能源的重要组成部分。因此，大力发展光伏发电产业和对多晶硅铸锭炉的结构进行优化设计已经成为了很重要的研究方向。本文重点讲述的是多晶硅铸锭炉的结构设计过程。首先进行总体方案的设计，其次对多晶硅铸锭炉生产硅锭的过程进行工艺性分析，绘制出多晶硅铸锭炉的二维工程图，接着根据工程图进行三维建模，最后对多晶硅铸锭炉的关键零部件部分进行校核与分析，完成本次设计过程。

关键词：多晶硅铸锭炉；硅锭；定向凝固；光伏发电

Abstract

Polysilicon ingot furnace is mainly used for solar energy the polycrystalline silicon ingot production, its production of silicon ingot is the main material of solar cells, silicon ingot also directly affects the quality of the photoelectric conversion efficiency of solar cells. Polysilicon ingot furnace utilizes the advanced polysilicon directional solidification technology, after high temperature melting of silicon material through special process orientation condensing crystallization, thus reached the polysilicon solar cell production quality request, is a kind of applicable to work continuously for a long time, high precision, high reliability, high degree of automation of intelligent equipment for mass production. With the deteriorating environment, energy shortage and the rapid development of renewable energy, the photovoltaic power industry has rapidly emerged, becoming an important part of the global new energy. Therefore, it has become an important research direction to develop the photovoltaic power generation industry and optimize the structure of polycrystalline silicon ingot furnace. This paper focuses on the structural design process of polycrystalline silicon ingot furnace. First for the design of overall scheme, the second of polysilicon ingot furnace in the production of silicon ingot process technology analysis, draw the two-dimensional engineering drawing polysilicon ingot furnace, then according to the engineering drawing for 3 d modeling, a key part of the last of polysilicon ingot furnace for check and analysis, to complete the design process.

Key Words：polycrystalline silicon ingot furnace; Silicon ingot; Directional solidification; Photovoltaic power generation

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题目的及意义 1

1.2 国外研究现状 1

1.3 国内研究现状 2

1.4 研究的基本内容、方法与技术路线 3

第2章 多晶硅铸锭炉生产硅锭的工艺流程介绍 4

2.1 多晶硅铸锭炉的工作原理 4

2.2 多晶硅硅锭生产硅锭的工艺流程 5

2.2.1 涂层工序 5

2.2.2 装料工序 6

2.2.3 铸锭工序 6

第3章 多晶硅铸锭炉结构的设计与相应设计计算 7

3.1 多晶硅铸锭炉结构设计方法与步骤 7

3.2 关键技术指标的确定 8

3.2.1 多晶硅铸锭炉使用的外部环境条件 8

3.2.2 多晶硅铸锭炉技术性能参数表 8

3.2.3 多晶硅铸锭炉的安装要求 9

3.3 必要的工艺计算、校核 9

3.3.1 铸锭炉筒体的设计计算 9

3.3.1.1 铸锭炉筒体内壁厚度的计算 9

3.3.1.2 铸锭炉筒体内壁厚度的校核计算 10

3.3.1.3 铸锭炉筒体外壁厚度的计算 11

3.3.1.4 铸锭炉筒体外壁厚度的校核计算 11

3.3.2 铸锭炉封头的设计计算 11

3.3.2.1 铸锭炉封头内壁厚度的计算设计 11

3.3.2.2 铸锭炉封头外壁厚度的计算设计 12

3.3.3 铸锭炉炉壳顶部平盖厚度的设计计算 12

3.4 多晶硅铸锭炉结构组成部分的设计 13

3.4.1 平台支架的设计 13

3.4.2 真空炉炉体的设计 14

3.4.3 加热、隔热系统的设计 17

3.4.4 真空与供气系统的设计 22

3.4.5 冷却系统的设计 22

3.4.6 电源与控制系统的设计 22

3.5 完成多晶硅铸锭炉的结构设计图 23

第4章 总结 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 选题目的及意义

能源是向自然界提供能量的物质资源，是人类生产和生活的重要物质基础。^[13]。随着传统能源的枯竭，各国纷纷将发展新能源和可再生能源作为振兴经济的重要途径。太阳能光伏发电以其环保、高储量、安全和潜在的经济性成为人们关注的焦点。^[14]。近年来随着各个国家的能源短缺日益严重，太阳能光伏发电越来越多的受到了重视。太阳能光伏发电产业的发展与太阳能电池的主要原材料多晶硅硅锭的生产质量有直接关联，而太阳能电池的光电转换效率也直接被多晶硅铸锭炉生产的硅锭品质影响。

随着光伏发电技术的迅猛发展和瞬息万变的市场需求，国内大部分的企业仅仅只进行了生产规模的扩大，而不去注重生产的产品品质提升，使得光伏发电产业出现了严重的产能过剩。而且近年来国外对国内市场光伏产品出口的限制以及欧美等国家对光伏补贴力度的大大减少，国内光伏产业的企业面临着严重的生存危机。只有不断降低生产的成本和提高产品的品质，才能迅速适应激烈的市场竞争环境。高品质、低成本的多晶硅太阳电池将会大力推动光伏发电产业的稳固发展，降低我国对化石能源依赖以及优化能源结构，这对改善我国居民的生活环境以及国家能源合理有限的分配具有深远的意义。因此，太阳能光伏产业的发展趋势取决于是否优化多晶硅铸锭炉的结构设计。

1.2 国外研究现状