CN105648525B - 用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，包括：一炉体；热场；石英坩埚，所述石英坩埚位于所述热场内，其包括一坩埚盖板，所述坩埚盖板与所述石英坩埚之间预设有供氩气流出的第二气道，所述氩气输入管延伸至所述热场内并穿过所述坩埚盖板以使氩气通过其进入所述石英坩埚；所述炉体上还设置有抽气管，所述抽气管延伸至所述热场内并从所述热场内向所述炉体外抽送氩气。本发明的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉的氩气流道设计合理，大大降低了氩气流动过程的局部阻力和流程阻力，减少了旋涡的强度和数量，增加了流动的顺畅性。

Description

用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉

技术领域

本发明涉及一种晶体硅生产工艺设备,特别是指用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉。

背景技术

现阶段，太阳能电池的主流是晶体硅太阳能电池，晶体硅电池主要分为单晶和多晶硅电池，它们所采用的基体材料是单晶和多晶硅片，而单晶和多晶硅片是通过切割单晶和多晶硅晶体而得到的。多晶硅晶体是通过多晶定向凝固生产得到的。多晶硅定向凝固工艺的关键设备是多晶炉，提供热量及温度梯度的是其中的热场。现阶段，多晶铸锭工艺以减压气氛为主流工艺，一般采用通入一定设定体积流量纯度99.999％以上的高纯氩气，通过调节抽气速率，使炉内维持设定的压力气氛。氩气一方面是保护气体，使多晶炉内形成一定的压力环境；另外，氩气流动可以带走热场和硅料里面挥发出的杂质，提高硅锭的质量。

在现有的多晶炉中，由于氩气流道的结构设计相当的不合理，拐角和空间的突变都造成氩气流动存在相当多的旋涡，另外，由于炉体只有一个排气孔，所以其存在严重的不对称性，进一步加剧了气体流动的不合理。实际上，实际生产过程中，从炉内氧化物的痕迹上可以验证其气流流流动相当的不顺畅，也造成了氩气中的杂质不能及时带走而回到硅熔体中，造成碳氧含量等杂质的增加。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种氩气流道设计合理的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉。

为了实现上述目的，本发明提供的一种用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，包括：

一炉体，所述炉体的顶部设置有氩气输入管，且所述炉体的侧面上设置有氩气出口；

热场，所述热场位于所述炉体内，其为一由多块保温板围成的腔室，每块保温板之间具有供氩气流动的第一气道；

石英坩埚，所述石英坩埚位于所述热场内，其包括一坩埚盖板，所述坩埚盖板与所述石英坩埚之间预设有供氩气流出的第二气道，所述氩气输入管延伸至所述热场内并穿过所述坩埚盖板以使氩气通过其进入所述石英坩埚；

所述炉体上还设置有抽气管，所述抽气管延伸至所述热场内并从所述热场内向所述炉体外抽送氩气。

作为优选，所述抽气管设置在所述炉体的顶部，且所述抽气管由位于所述坩埚盖板上方的所述保温板上穿入所述热场，并且所述抽气管位于所述热场内的管口靠近所述第二气道。

作为优选，所述抽气管为石墨管。

作为优选，所述保温板为碳纤维材料或碳碳复合材料。

与现有技术相比较，本发明的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉的氩气流道设计合理，大大降低了氩气流动过程的局部阻力和流程阻力，减少了旋涡的强度和数量，增加了流动的顺畅性，增加了流动的速度，更好地带走挥发出的杂质；另一方面，使氩气流动集中在最有效的部分，即石英坩埚内熔体与坩埚盖板的空间，降低这一空间的气体流动不稳定性。

附图说明

图1为本发明的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，包括：

一炉体1，所述炉体1的顶部设置有氩气输入管4，且所述炉体1的侧面上设置有氩气出口3；热场5，所述热场5位于所述炉体1内，其为一由多块保温板8围成的腔室，每块保温板之间具有供氩气流动的第一气道51；石英坩埚9，所述石英坩埚9位于所述热场5内，其包括一坩埚盖板7，所述坩埚盖板7与所述石英坩埚之间预设有供氩气流出的第二气道6，所述氩气输入管4延伸至所述热场内并穿过所述坩埚盖板7向所述石英坩埚9输送氩气；氩气经所述第二气道6流入所述热场内；在本实施例中，热场5的结构大致呈一筒状，构成其底部的保温板以及构成其顶部的保温板与构成其侧面的保温板之间留有间隙，这一间隙最终形成供氩气由热场内流出的第一气道51。现有技术中由于气道设计的不合理，尤其在第一气道51处容易产生漩涡；而在本发明中，所述炉体1上还设置有抽气管11，所述抽气管11延伸至所述热场5内并从所述热场5内向所述炉体1外抽送氩气。这降低了氩气流动过程的局部阻力和流程阻力，从而减少了旋涡的强度和数量，增加了流动的顺畅性，以使得氩气能更好地带走由石英坩埚9中的熔体10所挥发出的杂质。

当然，在整个工艺环节中，氩气流动集中的最有效的部分，是石英坩埚9内熔体10与坩埚盖板7的空间是最有效的部分，氩气顺畅的流动可以从熔体10内带走杂质。具体在参数上，本发明的多晶炉所铸出的硅锭，在其他条件相同的情况下，铸锭中的杂质区域平均减少了0.5％，也即使铸出锭的合格部分的比例提高了0.5％，同时硅锭中的氧含量平均降低了10％，碳含量降低了30％；另外，由于碳含量的降低，硅锭合格部分的质量有所提高，使下一道工序---多线切割的硬质点线痕不良率有所降低(0.8％左右)，从而提高了多线切割的良率。也正是基于上述氩气流动的特点，以改善局部气流流动为目的，作为优选，所述抽气管11设置在所述炉体1的顶部，且所述抽气管11由与所述第二气道6相对的一侧的所述保温板8上穿入所述热场5。

另外为了避免被硅蒸汽腐蚀，在本发明中，作为优选，所述抽气管11为石墨管。所述保温板8为碳纤维材料或碳碳复合材料。

在现有的多晶铸锭行业中，基本上所有的多晶炉有一个共同的特点，都在顶部有一个用于检测异常超温报警的热电偶，其需要把热电偶插入到“保温材料组成的顶部保温盖下”，因此其在炉体的顶部有一个通孔。但在多晶炉的技术改造过程中，检测异常超温报警的作用非常有限，因此这种热电偶已经被取消，炉顶的孔也就被认为没有使用价值。本发明的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，在解决现有技术中氩气流道的结构设计不合理的基础上，充分利用现有多晶炉结构，在这个位置上设置抽气管，同时把抽气用的泵接到这个位置，结构巧妙，加工简便，生产成本低廉。

与现有技术相比较，本发明的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉的氩气流道设计合理，大大降低了氩气流动过程的局部阻力和流程阻力，减少了旋涡的强度和数量，增加了流动的顺畅性，增加了流动的速度，更好地带走挥发出的杂质；另一方面，使氩气流动集中的最有效的部分，即石英坩埚内熔体与坩埚盖板的空间，降低这一空间的气体流动不稳定性。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，其特征在于，包括：

一炉体，所述炉体的顶部设置有氩气输入管，且所述炉体的侧面上设置有氩气出口；

热场，所述热场位于所述炉体内，其为一由多块保温板围成的腔室，每块保温板之间具有供氩气流动的第一气道；

石英坩埚，所述石英坩埚位于所述热场内，其包括一坩埚盖板，所述坩埚盖板与所述石英坩埚之间预设有供氩气流出的第二气道，所述氩气输入管延伸至所述热场内并穿过所述坩埚盖板以使氩气通过其进入所述石英坩埚；

所述炉体上还设置有抽气管，所述抽气管延伸至所述热场内并从所述热场内向所述炉体外抽送氩气。

2.如权利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，其特征在于，所述抽气管设置在所述炉体的顶部，且所述抽气管由位于所述坩埚盖板上方的所述保温板上穿入所述热场，并且所述抽气管位于所述热场内的管口靠近所述第二气道。

3.如权利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，其特征在于，所述抽气管为石墨管。

4.如权利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉，其特征在于，所述保温板为碳纤维材料或碳碳复合材料。