CN104195634A - 大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构 - Google Patents

大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构 Download PDF

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本发明是一种大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，包括由上保温板、下保温板和侧保温板围成的隔热笼，上保温板上设有伸入到隔热笼内的进气管，在隔热笼内下部设有定向凝固块，定向凝固块的下部设有若干根支撑定向凝固块的石墨支撑柱，在定向凝固块上设有石墨坩埚，石墨坩埚内设有石英坩埚，在石墨坩埚的周围设有石墨加热器，在石墨坩埚的底部四周与侧保温板之间设有与侧保温固定的隔温板。本发明通过对热场内部结构，外形及尺寸重新设计和布局，使其能铸造大尺寸硅锭，大大的提高生产产能；同时使用专门的加热装置和进气装置与铸造大尺寸硅锭工艺相匹配，控制理想的长晶固液界面，有效排杂，减少晶体缺陷，有效提高大尺寸硅锭晶体质量。

Description

大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构
技术领域
 本发明涉及一种多晶硅生产设备，特别是涉及一种太阳能光伏行业定向凝固法生产大尺寸多晶硅锭用铸锭炉热场结构。
背景技术
目前光伏行业发展迅速，并且市场竞争激励，提高硅锭质量和降低生产成本成为重中之重，大尺寸多晶硅锭成为目前发展趋势，不断提升多晶硅锭重量和节能降耗是下一步降低成本的重要途径。
现有多晶硅铸锭炉的热场可生产的硅锭主要有:重量为450kg的硅锭，可开方二十五块硅块的硅锭，即G5硅锭；通过纵向生长而成的硅锭。以上铸锭重量小，出材率低，单位耗能高，成本高。
多晶硅铸锭炉是用于制造多晶硅锭的设备，它是将硅料熔融后通过定向凝固冷凝结晶，使其形成晶相一致的硅锭，从而达到太阳能电池生产对硅片品质的要求，其中长晶界面形状是影响大尺寸多晶硅锭晶体质量的主要原因之一，平坦或微凸的长晶界面可以得到有效的柱状晶，减少晶界，降低晶体中的位错和杂质。
多晶铸锭过程中首先将选好的籽晶铺到坩埚底部，再将多晶硅原料放入石英坩埚底部，然后加热、熔化、长晶、退火、冷却等定向凝固法生产多晶硅锭。常规多晶硅铸锭热场，温度分布不适合，质量提升不明显。
现有多晶铸锭炉设有顶部，底部加热器，特别是G5多晶铸锭炉，装料量较小，其热场结构不利于大尺寸硅锭的生长，长晶过程的固液界面也凸凹明显，不利于长晶过程中的排杂，对晶体的整体质量有较大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，与铸造大尺寸硅锭工艺相匹配的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构。
    本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：包括由上保温板、下保温板和侧保温板围成的隔热笼，上保温板上设有伸入到隔热笼内的进气管，在隔热笼内下部设有定向凝固块，定向凝固块的下部设有若干根支撑定向凝固块的石墨支撑柱，在定向凝固块上设有石墨坩埚，石墨坩埚内设有石英坩埚，在石墨坩埚的周围设有石墨加热器，在石墨坩埚的底部四周与侧保温板之间设有与侧保温固定的隔温板。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的石墨加热器为片状石墨加热器。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的石墨加热器包括设在石墨坩埚上方的若干片上石墨加热器，设在石墨坩埚四周的若干片侧石墨加热器和设在石墨坩埚下方的若干片下石墨加热器；上石墨加热器距上保温板下表面的距离为10-100mm，下石墨加热器距定向凝固块的距离为10-100mm，侧石墨加热器距侧保温板距离为20-250mm、距上石墨加热器的距离为50-250mm。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的上石墨加热器和侧石墨加热器均通过悬臂吊装在上保温板上，所述的下石墨加热器通过悬臂吊装在侧保温板上。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的上石墨加热器设有8－12片，每片上石墨加热器的长度均为1100－1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的下石墨加热器设有6－8片，每片下石墨加热器的长度为1100-1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：在石墨坩埚的一侧设有1－5片侧石墨加热器，每片的长度为1100-1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
   本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：所述的侧石墨加热器为矩形、U形、S形或蛇形。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特点是：石墨坩埚由石墨侧板和石墨底板构成。
本发明的隔热笼的尺寸可以做得很大，扩大了热场内部尺寸，同时增加了侧部片状加热器，将现有技术中的顶部、底部加热器由圆柱形改进成片状结构，同时实现由原来的四周单侧分散进气变为顶部集中进气，此种热场可以控制较为理想的长晶固液界面，有利于排杂。
   与现有技术相比，本发明通过对热场内部结构，外形及尺寸重新设计和布局，使其能铸造大尺寸硅锭，大大的提高生产产能；同时使用专门的加热装置和进气装置与铸造大尺寸硅锭工艺相匹配，控制理想的长晶固液界面，有效排杂，减少晶体缺陷，有效提高大尺寸硅锭晶体质量。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
参照附图1，一种大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，包括由上保温板1、下保温板11和侧保温板12围成的隔热笼，隔热笼大小根据坩埚尺寸设计。可以做成大尺寸结构，这样就可以扩大了热场尺寸，可以使用大型坩埚装料，使其增加多晶硅料重量。大尺寸隔热笼的侧保温板12内壁尺寸为1340mm。
上保温板1上设有伸入到隔热笼内的进气管10，上进气方式可以改善炉内气体循环，有利于排杂，提高晶体质量。
在隔热笼内下部设有定向凝固块7，定向凝固块7用于支撑坩埚，同时结晶时用于热交换、可以辅助导热凝固用。定向凝固块7的下部设有若干根支撑定向凝固块7的石墨支撑柱8，石墨支撑柱8穿过下保温板11与炉体的底部相固定。在定向凝固块7上设有石墨坩埚6，石墨坩埚6由石墨侧板和石墨底板构成，石墨坩埚6内设有石英坩埚5，在石墨坩埚6的周围设有片状石墨加热器，在石墨坩埚6的底部四周与侧保温板12之间设有与侧保温固定的隔温板9，隔开上下温区，使上下温区温度均匀。
所述的石墨加热器包括设在石墨坩埚6上方的8片上石墨加热器2，分别设在石墨坩埚6四周的4片侧石墨加热器3和设在石墨坩埚6下方的6片下石墨加热器4；上石墨加热器2距上保温板1下表面的距离为50mm，每片上石墨加热器2的长度均为1200mm，宽度为40mm，厚度为12mm。下石墨加热器4距定向凝固块7的距离为50mm，每片下石墨加热器4的长度为1200mm，宽度为40mm，厚度为12mm。使用上石墨加热器2和下石墨加热器4可以使加热范围覆盖广，温度更加均匀。
每片侧石墨加热器3均为矩形，长度为1200mm，宽度为120mm，厚度为12mm。其距侧保温板12距离为60mm、距上石墨加热器2的距离为180mm。使用侧石墨加热器3，晶体熔化时可以提高坩埚四周温度，改善固液界面，从凹变为水平或微凸，有利于杂质排杂，提高晶体质量。
上石墨加热器2和侧石墨加热器3总功率为110KW,分配比例为1～6:1。
   所述的上石墨加热器2和侧石墨加热器3均通过悬臂吊装在上保温板1上，所述的下石墨加热器4通过悬臂吊装在侧保温板12上。石墨加热器为等静压石墨，固定石墨加热器的悬臂和紧固螺栓为C/C或石墨。当需要放石英坩埚5和石墨坩埚6时，上保温板1随着炉盖一起提起时，上石墨加热器2和侧石墨加热器3也随着上保温板1一起提起，即可将放置石英坩埚5和石墨坩埚6。

Claims (9)

1.一种大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：包括由上保温板、下保温板和侧保温板围成的隔热笼，上保温板上设有伸入到隔热笼内的进气管，在隔热笼内下部设有定向凝固块，定向凝固块的下部设有若干根支撑定向凝固块的石墨支撑柱，在定向凝固块上设有石墨坩埚，石墨坩埚内设有石英坩埚，在石墨坩埚的周围设有石墨加热器，在石墨坩埚的底部四周与侧保温板之间设有与侧保温固定的隔温板。
2.根据权利要求1所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的石墨加热器为片状石墨加热器。
3.根据权利要求1或2所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的石墨加热器包括设在石墨坩埚上方的若干片上石墨加热器，设在石墨坩埚四周的若干片侧石墨加热器和设在石墨坩埚下方的若干片下石墨加热器；上石墨加热器距上保温板下表面的距离为10-100mm，下石墨加热器距定向凝固块的距离为10-100mm，侧石墨加热器距侧保温板距离为20-250mm、距上石墨加热器的距离为50-250mm。
4.根据权利要求3所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的上石墨加热器和侧石墨加热器均通过悬臂吊装在上保温板上，所述的下石墨加热器通过悬臂吊装在侧保温板上。
5.根据权利要求3所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的上石墨加热器设有8－12片，每片上石墨加热器的长度均为1100－1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
6.根据权利要求3所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的下石墨加热器设有6－8片，每片下石墨加热器的长度为1100-1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
7.根据权利要求3所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：在石墨坩埚的一侧设有1－5片侧石墨加热器，每片的长度为1100-1360mm，宽度为20-200mm，厚度为5-20mm。
8.根据权利要求3所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：所述的侧石墨加热器为矩形、U形、S形或蛇形。
9.根据权利要求1所述的大尺寸硅锭多晶铸锭炉新型热场结构，其特征在于：石墨坩埚由石墨侧板和石墨底板构成。
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