CN104195633A - 一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，包括隔热笼组件、加热器部件和热交换平台，所述热交换平台的下端面设有若干螺栓，所述螺栓长度从热交换平台中心向两端依次递减。本发明采用长度从热交换平台中心向四周依次递减的螺栓来解决由于热交换平台的中间和四周距离炉壁的距离不同而导致坩埚底部中心和四周热量散失速度不同，坩埚底部温度不均匀，存在的横向温度梯度导致硅锭中心形核晶粒较差等问题，这有效提高晶粒生长品质，从而提高太阳能电池转换效率。

Description

一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构。

背景技术

晶体硅作为一种能利用太阳能发电的材料，在再生能源紧缺的时代被广泛应用，太阳能光伏早期都采用单晶硅，但其生产效率较低，成本较高，而多晶硅以其低成本、高产能、低衰减等优势，具有较高的性价比和竞争优势，目前在太阳能光伏领域，多晶硅铸锭技术已经发展为一种主流技术。

多晶硅铸锭炉采用电阻加热，将原料熔融再结晶的铸锭设备，生产出太阳能级多晶硅锭。在铸锭生产中，经过加热、熔化、长晶、退火、冷却等步骤，将多晶原料熔融后，生成按一定方向生长的多晶硅锭，硅原料熔融及长晶过程在铸锭炉热场中完成，热场由隔热笼组件、加热器部件、热交换平台、散热部件等组成，装有硅料的坩埚放置在热交换平台上，铸锭炉热场为硅料熔融提供热量，又为晶体生长提供温度梯度场，形成定向凝固，而精准的温度梯度场是生产高品质的多晶硅锭的关键。

铸造多晶硅在晶体生长及冷却过程中由于局部温差形成热应力，热应力能够直接影响晶体缺陷，细小均匀的多晶晶粒，能够有效降低硅锭应力，减少晶体缺陷产生。目前生产高效多晶硅最常使用的定向凝固多晶硅铸锭炉，其在晶体生长时所需要的温度梯度是通过热交换平台将热量辐射至夹层有冷却水的炉壁上完成的，因热交换平台的中间和四周距离炉壁的距离不同，导致坩埚底部中心和四周热量散失速度不同，坩埚底部温度不均匀，存在横向温度梯度，导致硅锭中心形核晶粒较差，高效铸锭成功率较低，影响后续晶粒生长品质，从而影响电池转换效率。

故需要一种新的技术方案，以解决上述问题。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，能够有效降低坩埚底部横向温度梯度。

技术方案：本发明公开了一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，包括隔热笼组件、加热器部件和热交换平台，所述热交换平台的下端面设有若干螺栓，所述螺栓长度从热交换平台中心向两端依次递减。本发明采用长度从热交换平台中心向四周依次递减的螺栓来解决由于热交换平台的中间和四周距离炉壁的距离不同而导致坩埚底部中心和四周热量散失速度不同，坩埚底部温度不均匀，存在的横向温度梯度导致硅锭中心形核晶粒较差等问题，这有效提高晶粒生长品质，从而提高太阳能电池转换效率。

作为本发明的进一步优化，本发明所述的螺栓直径为M10-M14。

作为本发明的进一步优化，本发明所述的螺栓与螺栓之间间距为5-20mm。

作为本发明的进一步优化，本发明所述的螺栓长度为20-200mm。

作为本发明的进一步优化，本发明所述的螺栓的材质为石墨材料。

作为本发明的进一步优化，本发明所述的热交换平台为扁平六面体，其材质为石墨材料。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、在硅料熔融阶段后期，本发明的热场结构只需打开较小的隔热笼，就可以保持较大的垂直温度梯度，实现坩埚中的硅料按照从上而下的顺序进行熔化，能够有效提高铸锭的可操作性和成功率。

2、本发明的热交换平台通过中间强化散热，有效保证了坩埚底部的均匀性，提高坩埚底部四周和中间形核的均匀和同步性。

说明书附图

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步阐明本发明。

如图1所示本发明的热场结构包括隔热笼组件1、加热器部件2、热交换平台3和热交换平台下有序排列的螺栓4；本发明的隔热笼部件1由顶隔热板、侧部隔热层和底部隔热层组成的一个封闭热场，通过侧部隔热层提升打开热场，同时通过热交换平台3进行辐射散热，从而降低坩埚底部的温度，本发明的热交换平台3为由石墨材料制成的扁平六面体，热交换平台3的下端面设有若干螺孔，螺孔与螺孔之间间距为5-20mm，与螺孔配套的螺栓4直径为M10-M14，长度为20-200mm，其材质为石墨，该螺栓4按照四边短螺栓，中间长螺栓的规则依次将螺栓固定在热交换平台下端面的螺孔上。

本发明通过热交换平台3及下端面的强化散热螺栓4将热量辐射至炉壁上，由炉壁夹层中的冷却水将热量带走，通过强化散热，使得坩埚底部中间和四边角的温度较为均匀。

实施例1：

本实施例以投料量为850Kg的硅原料铸造G6硅锭为例，分别采用常规铸锭炉热场结构和本发明的热场结构，采用底部喷涂形核剂混合液的方式连续进行高效铸锭，对比两种热场结构所铸硅锭的晶体品质，晶粒形貌和铸锭能耗，对比结果如表1所示：

表1

整个铸锭过程中，两种热场铸锭工艺运行时间基本一致，使用本发明的热场，熔融阶段后期隔热笼开度较低，节能降耗，且硅锭底部晶粒更细小均匀，硅锭中心区域晶粒和边角区域晶粒大小基本相同，本发明所得硅锭良品率更高。

Claims (6)

1.一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，包括隔热笼组件（1）、加热器部件（2）和热交换平台（3），其特征在于：所述热交换平台（3）的下端面设有若干螺栓（4），所述螺栓（4）长度从热交换平台（3）中心向四周依次递减。

2.根据权利要求1所述的一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述螺栓（4）直径为M10-M14。

3.根据权利要求2所述的一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述螺栓（4）与螺栓（4）之间间距为5-20mm。

4.根据权利要求3所述的一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述螺栓（4）长度为20-200mm。

5.根据权利要求2所述的一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述螺栓（4）的材质为石墨材料。

6.根据权利要求1所述的一种铸造太阳能级高效多晶硅锭的热场结构，其特征在于：所述热交换平台（3）为扁平六面体，其材质为石墨材料。