CN103014835A - 一种铸造多晶硅锭的热场结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸造多晶硅锭的热场结构，包括石英坩埚、隔热板、加热器、隔热层、热交换台，所述的石英坩埚设于热交换台上，其四周设有隔热板，隔热板固定在侧隔热层底部，所述的石英坩埚上下分别设有上隔热层和下隔热层，所述的隔热板与侧隔热层之间设有侧加热器，所述的上隔热层与石英坩埚之间设有上加热器。本发明通过在石英坩埚四周增加的隔热板，使长晶固液界面始终在隔热板的保护下，减少加热器对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷的生成，在晶体生长过程中，减少了加热器对已凝固硅锭的辐射，有利于结晶潜热通过凝固部分传递到热交换台，有利于晶粒垂直生长，从而能够有效提高多晶硅太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池用多晶硅铸锭领域。
背景技术
常规能源终有一天枯竭，新能源注定会等上历史的舞台，太阳能是用之不尽，取之不绝的能源，也被认为最有潜力的替代传统石化能源的产品。晶体硅电池在太阳能市场中占据了95%的份额，其中多晶硅电池在晶体硅电池占比约70%。
多晶硅主要采用定向凝固的方法制得，即在封闭的热场内部将硅料融化，然后通过底部散热，使硅液逐渐向上凝固得到多晶硅锭。将硅锭切成厚度180um--200um尺寸为 156×156mm的硅片即可用于太阳能电池制造。当前多晶硅铸锭炉主要以GT的提隔热笼的方式实现底部散热，即硅料融化完成后，坩埚和热场底部隔热板不动，提升侧部隔热笼打开热场，热量通过辐射的方式从底部散发，实现硅液由底到顶的顺序凝固。该方法具有单次投料量大，制造成本较低，生产过程简单等特点。但是该方法制得的多晶硅片体内含有大量的晶界和微缺陷，电池转换效率较低，目前商业多晶硅太阳电池转换效率在17.0%左右。
相对低的转换效率成为制约多晶硅太阳电池普及的主要瓶颈，虽然近几年，太阳电池制造技术有了突飞猛进的发展，光伏发电成本也在大幅度降低，但仍然不能和火电全面抗衡，提高多晶电池效率对于实现光伏平价上网具有重要意义。
发明内容
发明目的：是针对现有技术存在的不足，提供了一种能够有效提高太阳能电池转换效率的铸造多晶硅锭的场热结构。
技术方案：为实现上述目的本发明提供了一种铸造多晶硅锭的热场结构，包括石英坩埚、隔热板、加热器、隔热层、热交换台，所述的石英坩埚设于热交换台上，所述的石英坩埚四周设有隔热板，所述的隔热板外侧设有侧隔热层，所述的隔热板固定在侧隔热层底部，所述的石英坩埚上部设有上隔热层，下部设有下隔热层，所述的隔热板与侧隔热层中间设有侧加热器，所述的上隔热层与石英坩埚之间设有上加热器。
所述的隔热板为环形结构。
为了防止加热器打火及保证侧加热器热量的利用率，所述的隔热板其外壁与侧加热器之间的距离大于1cm，为了保证隔热板的隔热性能，其内壁与石英坩埚外壁之间的距离小于5cm。
所述的石英坩埚外壁设有坩埚护板。（在专利审查过程中，若权利要求1有创造性，则其从属权利要求也被视为有创造性，写上坩埚护板也是对热场结构的一个保护，若你觉得不必要的话可以删除）
为了保证隔热板顶端与固液界面的相对位置，使长晶固液界面始终处在隔热板的保护下，并且不影响加热器对固液界面上部硅液的加热，晶体生长过程中，隔热板向上移动速度与晶体生长速度相近，上下移动速度为0.5-5cm。
有益效果：本发明通过在石英坩埚四周增加的隔热板，使长晶固液界面始终保持在隔热板的保护下，减少加热器对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷的生成，从而能够有效提高多晶硅太阳能电池的转换效率。
本发明隔热板将先凝固硅锭与加热器隔离，使晶体生长中后期温度梯度恒定，保持了晶体生长的连续性，减少晶体缺陷，有效提高太阳能电池的转换效率。
本发明降低了坩埚横向温度梯度，使固液界面保持水平，有利于柱状晶垂直生长和杂质分凝。
附图说明
图1为本发明和常规铸锭电池效率分布对比；
图2为侧隔热层在闭合状态时本发明的结构示意图；
图3为侧隔热层在上升状态时本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例：
如图2-3所示，一种铸造多晶硅锭的热场结构，包括石英坩埚1、隔热板2、侧加热器9、隔热层6、热交换台5，所述的石英坩埚1设于热交换台5上，其外壁设有坩埚护板12，所述的石英坩埚1四周设有隔热板2，所述的隔热板1外侧设有侧隔热层6，两者之间设有侧加热器9，所述的隔热板2其外壁与侧加热器9之间的距离大于1cm，其内壁与石英坩埚1外壁之间的距离小于5cm，所述的隔热板2固定在侧隔热层6底部，所述的石英坩埚1上部设有上隔热层7，下部设有下隔热层8，所述的上隔热层7与石英坩埚1之间设有上加热器10，所述的下隔热层8固定于支架11上，当侧隔热层6下降时，带动固定设于侧隔热层6上的隔热板2同时下降，侧隔热层6与下隔热层8相接，此时，上隔热层7、下隔热层8、侧隔热层6形成闭合状态，所述的隔热板2顶端高度位于石英坩埚1底部以下；当侧隔热层6上升时，隔热板2随之上升，此时，上隔热层7、下隔热层8、侧隔热层6形成打开状态，隔热板2位于上限位，隔热板2顶端位于石英坩埚1底部以上。
将装满硅料13的石英坩埚1放置于热交换台5上，当侧隔热层6下降时，带动固定设于侧隔热层6上的隔热板2同时下降，隔热板2与下隔热层8相接，此时，所述的上隔热层7、下隔热层8、侧隔热层6形成闭合状态，对炉壁3空间进行抽真空，通过侧加热器9以及上加热器10对石英坩埚1内的硅料13进行加热，此时位于下限位的隔热板2顶端高度位于石英坩埚1底部以下，对石英坩埚1不具有隔热作用，待硅料13完全融化后，侧隔热层6上升，硅液13由底到顶逐渐向上凝固，热量以辐射的方式从热交换台5散出，所述的隔热板2随侧隔热层6上升，保持隔热板2顶端在固液界面上下2cm之间，以减少侧加热器9以及上加热器10对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷生成，同时，隔热板2还能够将先凝固硅锭与加热器隔离，使晶体生长中后期温度梯度恒定，保持了晶体生长的连续性，减少晶体缺陷。
硅锭开方后可以看到，由底到顶晶粒生长连续性较常规锭好，晶粒取向垂直向上，将小锭用HF+HNO3+H2O腐蚀液腐蚀，显示硅锭中上部缺陷密度较常规铸锭明显减少。取同炉台热场改造前整锭硅片和本发明铸锭整锭硅片做效率对比，在电池生产线同时下线，电池效率对比图如图1所示。
Claims (5)
1.一种铸造多晶硅锭的热场结构，其特征在于：包括石英坩埚（1）、隔热板（2）、侧加热器（9）、侧隔热层（6）、热交换台（5），所述的石英坩埚（1）设于热交换台（5）上，所述的石英坩埚（1）四周设有隔热板（2），所述的隔热板（1）外侧设有侧隔热层（6），隔热板（2）固定在侧隔热层（6）底部，所述的石英坩埚（1）上部设有上隔热层（7），下部设有下隔热层（8），所述的隔热板（2）与侧隔热层（6）中间设有侧加热器（9），所述的上隔热层（7）与石英坩埚（1）之间设有上加热器（10）。
2.根据权利要求1所述的一种铸造多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述的隔热板（2）为环形结构。
3.根据权利要求1所述的一种铸造多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述的隔热板（2）其外壁与侧加热器（9）之间的距离大于1cm，其内壁与石英坩埚（1）外壁之间的距离小于5cm。
4.根据权利要求1所述的一种铸造多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述的石英坩埚（1）外壁设有坩埚护板（12）。
5.根据权利要求1所述的一种铸造多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述的隔热板（2）也可以单独设置升降机构。
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| CN103014835A true CN103014835A (zh) | 2013-04-03 |
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ID=47963934
Family Applications (1)
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| EP0939146A1 (en) * | 1998-02-25 | 1999-09-01 | Mitsubishi Materials Corporation | Method for producing silicon ingot having directional solidification structure and apparatus for producing the same |
| CN101775641A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-07-14 | 宁波晶元太阳能有限公司 | 用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构 |
| CN203065636U (zh) * | 2013-01-18 | 2013-07-17 | 奥特斯维能源（太仓）有限公司 | 一种铸造多晶硅锭的热场结构 |
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2013
- 2013-01-18 CN CN2013100173966A patent/CN103014835A/zh active Pending
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