CN102108544A - 一种控制长晶界面的多晶炉热场结构 - Google Patents

一种控制长晶界面的多晶炉热场结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制长晶界面的多晶炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有隔热笼和上保温板，下炉体内设置有底保温板，支撑杆支撑隔热笼内的石墨助凝块，石墨助凝块两端边缘均倒挂有L形保温板，隔热笼内壁底部装有侧保温板，加热时，隔热笼、侧保温板、底保温板、上保温板形成封闭空腔；长晶时，侧保温板与L形保温板之间的间隙为5～30mm。本发明在多晶铸锭生长时，使其结晶界面始终维持为较为理想的平面状态，从而使铸锭多晶晶锭的径向电阻率更为均匀，提高硅片电性能的均匀性，减少晶体中的径向温度梯度，从而降低晶体内的热应力，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。

Description

一种控制长晶界面的多晶炉热场结构
技术领域
本发明涉及一种控制长晶界面的多晶炉热场结构。
背景技术
在太阳能电池的制作过程中，结晶界面的形状是影响多晶硅晶体品质的主要因素之一，平坦的长晶界面不仅可以得到有效直径较大的柱状晶，也可以减少晶界、降低晶体中的位错密度，从而提高电池片的性能。专利申请号：200710168125.5公开了一种多晶硅铸锭炉，专利申请号：200710070539.4公开了一种多晶硅铸锭炉的热场结构，以上专利提供的热场结构，因设计上的缺陷，热场的横向温度梯度较大，结晶界面平坦度较差，影响电池片的性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种控制长晶界面的多晶炉热场结构，在多晶铸锭生长时，使其结晶界面始终维持为较为理想的平面状态，从而使铸锭多晶晶锭的径向电阻率更为均匀，提高硅片电性能的均匀性，减少晶体中的径向温度梯度，从而降低晶体内的热应力，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种控制长晶界面的多晶炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有隔热笼和带导气筒的上保温板，下炉体内设置有由支撑杆支撑的底保温板，同时，支撑杆支撑隔热笼内的石墨助凝块，装有硅原料的石英坩埚放置在石墨坩埚内，石墨坩埚置于石墨助凝块上，石墨坩埚上方和侧方均设置有加热器，所述的石墨助凝块两端边缘均倒挂有L形保温板，所述的L形保温板窄边厚度为20～80mm，L形保温板高度为90～150mm，所述的隔热笼内壁底部装有侧保温板，侧保温板高度为200～300mm，侧保温板厚度为20～80mm；加热时，隔热笼、侧保温板、底保温板、上保温板形成封闭空腔；长晶时，隔热笼向上提起，侧保温板提升至L形保温板旁侧，侧保温板与L形保温板之间的间隙为5～30mm。
本发明的有益效果是：(1)本发明的隔热笼内壁底部装有侧保温板，增加了隔热笼底部的保温层厚度，强化了隔热笼侧壁的保温效果。(2)石墨助凝块两端边缘均倒挂有L形保温板，减少了石墨助凝块的径向扩散。(3)石墨助凝块在L型保温板和侧保温板的作用下，热量只能向下散失，这就减少了热体系的横向温度梯度，即促成了硅熔体沿平面向上凝固。因此，本发明在多晶铸锭生长时，使其结晶界面始终维持为较为理想的平面状态，从而使铸锭多晶晶锭的径向电阻率更为均匀，提高硅片电性能的均匀性，减少晶体中的径向温度梯度，从而降低晶体内的热应力，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明加热时的结构示意图；
图2是本发明长晶时的结构示意图；
其中：1.上保温板，2.石英坩埚，3.石墨坩埚，4.石墨助凝块，5.下炉体，6.支撑杆，7.导气筒，8.上炉体，9.加热器，10.硅熔体，11.隔热笼，12.L型保温板，13.侧保温板，14.底保温板，15.硅晶体。
具体实施方式
如图1图2所示的一种控制长晶界面的多晶炉热场结构，具有上炉体8、下炉体5，上炉体8内设置有隔热笼11和带导气筒7的上保温板1，下炉体5内设置有由支撑杆6支撑的底保温板14，同时，支撑杆6支撑隔热笼11内的石墨助凝块4，石英坩埚2放置在石墨坩埚3内，石墨坩埚3置于石墨助凝块4上，石墨坩埚3上方和侧方均设置有加热器9。
石墨助凝块4两端边缘均倒挂有L形保温板12，L形保温板12窄边厚度为20～80mm，L形保温板12高度为90～150mm，隔热笼11内壁底部装有侧保温板13，侧保温板13高度为200～300mm，侧保温板13厚度为20～80mm；加热时，隔热笼11、侧保温板13、底保温板14、上保温板1形成封闭空腔；长晶时，隔热笼11向上提起，侧保温板13提升至L形保温板12旁侧，侧保温板13与L形保温板12之间的间隙为5～30mm。
本发明的安装及使用过程如下：
首先，将上炉体8、下炉体5分离，将装有一定数量硅原料的石英坩埚2放置在石墨坩埚3内，石墨坩埚3置于石墨助凝块4上。将L型保温板12倒挂在石墨助凝块4的两端边缘。上炉体8、下炉体5闭合，如图1所示，装有侧保温板13的隔热笼11与底保温板14闭合。加热器9工作，将隔热笼11、侧保温板13、底保温板14、上保温板1形成的封闭空腔加热到1500℃以上，硅原料在高温下开始熔化。
待全部硅原料熔化为硅熔体10后，隔热笼11缓慢向上提起，与底保温板14分离，如图2所示，因石墨助凝块4的温度及硅熔体10温度在1420℃左右，而上炉体8、下炉体5在循环水的冷却下，温度在室温左右。因此，隔热笼11与底保温板14分离后，石墨助凝块4与上炉体8、下炉体5的内壁发生激烈的热交换，温度迅速下降。在热传导的作用下，石英坩埚2底部逐渐降低至硅的熔点以下，硅熔体10开始在石英坩埚2底部凝固成硅晶体15。
如图2所示，隔热笼11提起后，侧保温板13提升至L形保温板12旁侧，侧保温板13与L形保温板12之间的间隙为5～30mm，侧保温板13与L型保温板12相邻。因隔热笼11、侧保温板13及L型保温板12都是很好的隔热材料，能够将加热器9产生的热量很好的封闭在侧保温板13以上的空间，避免了热量的散失，降低了能耗。另一方面，石墨助凝块4在L型保温板12和侧保温板13的作用下，热量只能向下散失，这就减少了热体系的横向温度梯度。即促成了硅熔10体沿平面向上凝固成硅晶体15。采用本发明的热场结构，实验测试发现，整个过程功耗降低了约15％，后续晶体切片的成品率提高了约2％。
因此，本发明能够控制长晶界面，在多晶铸锭生长时，使其结晶界面始终维持为较为理想的平面状态，从而使铸锭多晶晶锭的径向电阻率更为均匀，提高硅片电性能的均匀性，减少晶体中的径向温度梯度，从而降低晶体内的热应力，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。

Claims (1)

1.一种控制长晶界面的多晶炉热场结构，具有上炉体(8)、下炉体(5)，上炉体(8)内设置有隔热笼(11)和带导气筒(7)的上保温板(1)，下炉体(5)内设置有由支撑杆(6)支撑的底保温板(14)，其特征在于：所述的支撑杆(6)同时支撑隔热笼(11)内的石墨助凝块(4)，装有硅原料的石英坩埚(2)放置在石墨坩埚(3)内，石墨坩埚(3)置于石墨助凝块(4)上，石墨坩埚(3)上方和侧方均设置有加热器(9)，所述的石墨助凝块(4)两端边缘均倒挂有L形保温板(12)，所述的L形保温板(12)窄边厚度为20～80mm，L形保温板(12)高度为90～150mm，所述的隔热笼(11)内壁底部装有侧保温板(13)，侧保温板(13)高度为200～300mm，侧保温板(13)厚度为20～80mm；加热时，隔热笼(11)、侧保温板(13)、底保温板(14)、上保温板(1)形成封闭空腔；长晶时，隔热笼(11)向上提起，侧保温板(13)提升至L形保温板(12)旁侧，侧保温板(13)与L形保温板(12)之间的间隙为5～30mm。
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