CN102925971A - 高效多晶铸锭热场 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高效多晶铸锭热场结构技术领域，尤其涉及一种高效多晶铸锭热场，包括隔热笼、设置在隔热笼内表面的石墨层、用于盛放硅料的坩埚和定向凝固块，坩埚设置在隔热笼的腔体内部，定向凝固块设置在坩埚外的底部，定向凝固块的底部中心位置增设有一层保温板。本发明的有益效果是，通过在定向凝固块的底部中心位置增设有一层碳纤维保温板，用来阻止定向凝固块中心的热散失的速度，同时又在定向凝固块底部的四周，加装碳纤维保温板，让热量只能通过保温板与定向凝固块的底部中心的保温板之间的间距——专门的散热通道，将热散失，使得长晶过程的固液面接近平坦，利于长晶过程中杂质的排出，而且提高了保温性能，降低了能耗。

Description

高效多晶铸锭热场

技术领域

本发明涉及领域高效多晶铸锭热场热场结构技术领域，尤其涉及一种高效多晶铸锭热场。

背景技术

能源与环境是当今世界的两大焦点问题。传统能源的大幅利用，使得环境问题日趋严重，对人类社会的正常运行构成严重的威胁。有效利用清洁、环境又好的新能源是社会历史的必然选择。太阳能是人类取之不尽、用之不竭、环境又好的绿色可再生能源。在太阳能的有效利用当中，光电利用时近年来发展最快、最具活力的研究领域。其中，硅材料是光电利用的主要载体。硅晶体的制备是光伏电池的基础。

在太阳能光伏领域，利用定向凝固的方法生产多晶硅锭是普遍采用的方法。其基本原理是，将多晶硅原料放置在石英陶瓷坩埚中，石英陶瓷坩埚放置在由石墨底护板及侧护板构成的“石墨坩埚”中，放置在热场系统中，加热使得硅料完全融化。然后，热场底部开启，热量从坩埚底部释放，温度降低，坩埚的底部将逐渐冷却到硅材料的结晶点温度。然后硅溶液在坩埚底部开始结晶，逐渐向上生长（凝固），形状自下而上的柱状晶体结构。

现有多晶炉的定向凝固块底部的四周设有凸出的保温板，但是定向凝固块的中间没有保温板，导致长晶过程的固液界面的中间一般是比较凸起的，两边坡度较大（如图1所示），研究表明长晶过程的固液面越平坦，对长晶过程杂质的排出越有利，对晶体的整体质量有较大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决长晶过程固液面较凸起，杂质不易排出的技术问题，本发明提供一种高效多晶铸锭热场。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效多晶铸锭热场，包括隔热笼、设置在隔热笼内表面的石墨层、用于盛放硅料的坩埚和定向凝固块，所述的坩埚设置在隔热笼的腔体内部，所述的定向凝固块设置在坩埚外的底部，定向凝固块底部四周设置有保温板，所述的定向凝固块的底部中心位置增设有一块底保温板。

为了进一步诱导定向凝固块底部的散热方向，所述的保温板边缘与定向凝固块的边缘相平齐，定向凝固块的外侧还设置有侧保温板，所述的侧保温板上端与坩埚的底部相连接，下端超出保温板，隔热笼提升的时候，会产生缝隙，侧保温板下端超出保温板可适当阻挡缝隙，防止侧面的热散失，有效节能。

作为优选，所述的保温板、底保温板和侧保温板均为碳纤维保温板。

进一步，具体地，所述的侧保温板的高度h1为14~16cm，侧保温板下端超出保温板的长度h2为2~4cm。所述的定向凝固块的下方还设置有支撑柱。

本发明的有益效果是，本发明的高效多晶铸锭热场，通过在定向凝固块的底部中心位置增设有一层碳纤维底保温板，用来阻止定向凝固块中心的热散失的速度，同时又在定向凝固块侧壁的四周，加装碳纤维侧保温板，让热量只能通过保温板与定向凝固块的底部中心的底保温板之间的间距——专门的散热通道，将热散失，使得长晶过程的固液面接近平坦，利于长晶过程中杂质的排出，而且提高了保温性能，降低了能耗。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术中长晶过程的固液界面示意图。

图2是本发明最优实施例的结构示意图。

图3是本发明定向凝固块的底面仰视图。

图中：1、隔热笼，2、石墨层，3、坩埚，4、定向凝固块，5、底保温板，6、侧保温板，7、支撑柱，8、保温板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图2、3所示，是本发明最优实施例，包括隔热笼1、设置在隔热笼1内表面的石墨层2、用于盛放硅料的坩埚3和定向凝固块4，所述的坩埚3设置在隔热笼1的腔体内部，所述的定向凝固块4设置在坩埚3外的底部，定向凝固块4底部四周设置有保温板8，所述的定向凝固块4的底部中心位置增设有一块底保温板5（42cm*42cm）。保温板8边缘与定向凝固块4的边缘相平齐，定向凝固块4的外侧四周均设置有侧保温板6，侧保温板6的高度h1为15cm，侧保温板6上端与坩埚3的底部相连接，下端超出保温板8的长度h2为3cm。保温板8、底保温板5和侧保温板6均为碳纤维保温板。所述的定向凝固块4的下方还设置有支撑柱7。

现有多晶炉的长晶过程的固液面是（先凹-中平-后凸），对长晶过程的杂质排出很不利，本发明针对诱导长晶的“定向凝固快”进行改造，通过保温材料固定好散热的通道，使长晶过程的固液面呈相对比较平（先微凸—中平—后凸）的趋势长晶，对杂质的排出起到了良好的效果。

在固液面相对比较平的基础上，在坩埚底部预留一部分诱导长晶的小碎片料，通过熔料阶段的控制，保留一部分不融化，从而诱导出晶粒相对均匀的高效多晶晶体。

有研究证明，比较平坦的固液界面或者微凸的固液界面，对杂质的排出比较均一，由于现有技术中定向凝固块中心的过冷度比较大，中心相对边上的温度要更低，使得长晶时固液界面不平坦，所以本发明：在定向凝固块底部的中心位置，增设一层碳纤维底保温板，用来降低定向凝固块中心的热散失，同时在定向凝固块外侧四周，也加装碳纤维板侧保温板，让热量只能通过保温板与定向凝固块的底部中心的底保温板之间的间距——专门的散热通道，将热量散失，使得定向凝固块的散热平衡，从而保证坩埚内的长晶固液界面接近平坦，利于长晶过程中的杂质排出。

目前普通多晶炉的转换效率为16.8%左右，本发明改造后可提升至17.2%，上升了0.4%，而且提高了保温性能，降低了能耗，节约成本。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种高效多晶铸锭热场，包括隔热笼（1）、设置在隔热笼（1）内表面的石墨层（2）、用于盛放硅料的坩埚（3）和定向凝固块（4），所述的坩埚（3）设置在隔热笼（1）的腔体内部，所述的定向凝固块（4）设置在坩埚（3）外的底部，其特征在于：定向凝固块（4）底部四周设置有保温板（8），所述的定向凝固块（4）的底部中心位置增设有一块底保温板（5）。

2.如权利要求1所述的高效多晶铸锭热场，其特征在于：所述的保温板（8）边缘与定向凝固块（4）的边缘相平齐，定向凝固块（4）的外侧还设置有侧保温板（6），所述的侧保温板（6）上端与坩埚（3）的底部相连接，下端超出保温板（8）。

3.如权利要求1或2所述的高效多晶铸锭热场，其特征在于：所述的保温板（8）、底保温板（5）和侧保温板（6）均为碳纤维保温板。

4.如权利要求2所述的高效多晶铸锭热场，其特征在于：所述的侧保温板（6）的高度h1为14~16cm，侧保温板（6）下端超出保温板（8）的长度h2为2~4cm。

5.如权利要求3所述的高效多晶铸锭热场，其特征在于：所述的定向凝固块（4）的下方还设置有支撑柱（7）。

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