在能源短缺、环境恶化的今天,可再生光伏发电产业迅速发展,逐渐成为世界能源的重要组成部分。其中多晶硅是光伏产业中太阳能电池生产的重要原料之一。目前市场上并没有专门针对教学科研的价格便宜的小型多晶硅结晶炉。最小装炉量的浙江精功5公斤铸锭炉价格在五十万左右,不太适合于大多数高校新能源实验室。有鉴于此,本篇毕业论文的主要内容是研制一种小型多晶硅实验结晶炉,并应用它开展一些熔炼实验。本文首先介绍了多晶硅铸锭生产的意义和国内外的市场情况,并对多晶硅结晶炉的生产方法进行分析介绍;之后根据多晶硅生产工艺及对多晶硅结晶炉熔炼的要求,提出了两种不同的设计方案,并分别制成装炉量三十克左右的小型化样机。其一为火焰加热方式,冷却水包热交换法定向凝固,其二是感应加热方式,提拉法定向凝固。方案一加热方式为独创性的火焰加热,温度场易控且从根本上比其他方式变化平稳。该方式区别于焰熔单晶生长方式,这是因为在方案一中熔炼硅的工况温度远大于喷嘴材料熔点,这是焰熔法所没有的技术难点,再则因为本方案中坩埚是在热场中依靠辐射均匀受热,而不是物料在火焰上熔化。在方案二中,直流电源经mos场效应管推挽开关二阶振荡电路输出中频交流电,供给感应加热线圈,结晶炉全封闭隔绝空气,用燃烧的炭做牺牲阳极除氧,压力升高时,单向阀导通泄压。方案二创新之处在于定向凝固方式:间歇式提拉,提拉一段时间,停歇更长的时间,让晶体生长不受震动引起的能量起伏的干扰,间歇提拉用单片机控制步进电机实现。电机驱动采用spwm细分技术,这样能使得提拉机械系统运动平稳。方案二进行了二十多次熔炼实验,实验结果及现场实际运行情况表明,该结晶炉设计方案合理,完全达到了预期设计目标要求,可有效提高多晶硅的产品品质并且熔炼工艺参数可调,方便进行熔炼实验。