CN108193267A - 一种多晶硅铸锭设备 - Google Patents

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唐珊珊
刘坤
张鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种多晶硅铸锭设备，包括上炉室、下炉室、承重台、升降装置和炉室底座，所述上炉室内设有保温毡，所述保温毡内设有熔料坩埚，所述熔料坩埚与所述下炉室之间通过硅液导管相连接，所述下炉室包括保温罩，所述保温罩下部设有冷却板，所述保温罩和冷却板组成密封的腔室，所述腔室内设有结晶器，所述结晶器包括结晶坩埚、石墨护板和热交换块，所述冷却板下设有承重台，所述承重台通过升降装置与炉室底座相连。本发明结构简单，操作方便，安全可靠，可以有效提高多晶硅锭块的质量。

Description

一种多晶硅铸锭设备
技术领域
本发明涉及铸锭技术领域，具体为一种多晶硅铸锭设备。
背景技术
人类社会进入工业文明以来对于能源的需求日益增长，随着技术进步以及人口增长，人类能源需求成指数级增长。在过去200年左右的工业化社会的发展过程中，人类的能源主要来自于石油、煤炭以及天然气等不可再生的化石能源。近年来，化石能源的弊端逐步显示出来，比如化石能源资源的有限性导致化石能源的储量在未来几十年即将被人类耗尽，另外，化石能源的大规模使用也对人类环境照成了难以逆转的负面影响。在当前世界的能源背景下，人类开始开发和利用可替代的能源，因此太阳能、风能等新兴可再生能源成为人类关注的焦点。太阳能光伏发电，其能源的可持续性以及对环境的友好性等优点突出，在本世纪近十几年来迅猛发展，发电成本逐渐接近传统化石能源所产生的电力，并且在可见的未来能够进一步降低成本，在能源领域获得比传统能源更有竞争力的地位。
目前太阳能光伏发电主要使用晶体硅太阳能电池组件将太阳光转为电能，晶体硅太阳能电池按衬底有多晶硅和单晶硅两种，其中多晶硅由于具有较低的生产成本、较高的生产效率以及合适的电池效率在太阳能光伏市场上占据主流位置。太阳能光伏用多晶硅生产使用定向凝固技术，块状多晶硅被装入多晶坩埚后，加热融化，然后定向凝固得到铸造多晶硅锭。目前多晶硅铸锭设备存在如下问题：1、多晶硅铸锭设备在长晶过程中，散热量不均衡，导致生长界面下凹；2、多晶硅铸锭设备产能较低且无法分开进行熔化和定向，操作难度大；3、多晶硅铸锭设备结构复杂，造价昂贵，运行费用较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多晶硅铸锭设备，以解决上述背景技术中所提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多晶硅铸锭设备，包括上炉室、下炉室、承重台、升降装置和炉室底座，所述上炉室内设有保温毡，所述保温毡内设有熔料坩埚，位于所述熔料坩埚与所述上炉室保温毡之间的空间内均匀设有若干第一加热器，所述熔料坩埚与所述下炉室之间通过硅液导管相连通，所述硅液导管下端设有硅液喷管，所述下炉室包括保温罩，所述保温罩固定连接于上炉室底面，所述保温罩下部设有冷却板，所述冷却板与保温罩下部拼接，所述保温罩和冷却板组成密封的腔室，所述腔室内设有结晶器，所述结晶器设于所述冷却板上，所述结晶器包括结晶坩埚、石墨护板和热交换块，结晶坩埚设置在由石墨护板围构而成的内部空间结构内，结晶坩埚的底部设置有热交换块，所述结晶坩埚外侧面设有第二加热器，所述冷却板下设有承重台，所述承重台通过升降装置与炉室底座相连。
优选的，所述的下炉室的两侧分别设有通入炉室内的进气管和排气管。
优选的，所述硅液导管内相应位置设有硅液流量控制阀。
优选的，所述保温罩下部与冷却板连接处设有密封保温垫。
优选的，所述熔料坩埚和结晶坩埚壁上涂刷有能够防止硅液污染的涂层。
优选的，所述冷却板上部设有凹槽，所述凹槽内嵌有冷却管路，所述冷却管路设为蛇形。
优选的，所述炉室底座通过炉室支架与上炉室固连，所述炉室底座上所述的升降装置为剪叉式升降机。
优选的，所述下炉室内设有硅钼棒，该硅钼棒的一端插入炉室内，硅钼棒的另一端通过加热变压器与温控程序仪表，该温控程序仪表与控制柜相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明所述冷却板可以减少温度梯度，使多晶硅锭块获得平整界面，可获得更为稳定优越的晶体质量；且通过调整冷却管路在冷却板中的排布，冷却量也可以控制，达到提高多晶硅晶锭质量的目的。
2、本发明所述承重台可通过升降装置进行上下运动，从而带动所述结晶器和冷却板与下炉室保温罩分离和组装，这样便于结晶器内多晶硅锭块的取出，结构简单，操作方便，安全可靠。
3、本发明所述结晶器包括结晶坩埚、石墨护板和热交换块，结晶坩埚是容纳硅液的容器，石墨护板是防止硅液对结晶坩埚壁的容器压力对结晶坩埚作用导致结晶坩埚变形或破裂，热交换块是高纯石墨块，对结晶坩埚底部进行良好的导热，使硅液在结晶过程中定向生长。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明结晶器的结构示意图；
图3为本发明冷却板的结构示意图。
图中：1、上炉室；11、保温毡；12、熔料坩埚；13、第一加热器；14、硅液导管；15、硅液喷管；16、硅液流量控制阀；2、下炉室；21、保温罩；22、冷却板；221、凹槽；222、冷却管路；23、结晶器；231、结晶坩埚；232、石墨护板；233、热交换块；24、第二加热器；25、密封保温垫；26、硅钼棒；3、承重台；4、升降装置；5、炉室底座；6、进气管；7、排气管；8、炉室支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，一种多晶硅铸锭设备，包括上炉室1、下炉室2、承重台3、升降装置4和炉室底座5，所述上炉室1内设有保温毡11，所述保温毡11内设有熔料坩埚12，位于所述熔料坩埚12与所述上炉室1保温毡11之间的空间内均匀设有若干第一加热器13，所述熔料坩埚12与所述下炉室2之间通过硅液导管14相连通，所述硅液导管14下端设有硅液喷管15，所述下炉室2包括保温罩21，所述保温罩21固定连接于上炉室1底面，所述保温罩21下部设有冷却板22，所述冷却板22与保温罩21下部拼接，所述保温罩21和冷却板22组成密封的腔室，所述腔室内设有结晶器23，所述结晶器23设于所述冷却板22上，所述结晶器23包括结晶坩埚231、石墨护板232和热交换块233，结晶坩埚231设置在由石墨护板232围构而成的内部空间结构内，结晶坩埚231的底部设置有热交换块233，所述结晶坩埚231侧面设有第二加热器24，所述冷却板22下设有承重台3，所述承重台3通过升降装置4与炉室底座5相连。
本实施例中，所述的上炉室1和下炉室2的两侧分别设有通入炉室内的进气管6和排气管7。本发明通过上炉室1和下炉室2两侧的进气管6和排气管7，通入保护气氛(氩气)防止设备内各装置的氧化和损坏，还起到均匀热场温度的作用。
具体地，所述硅液导管14内相应位置设有硅液流量控制阀16。所述硅液导管14通过所述硅液流量控制阀16控制其处于关闭状态或开启状态。
为了防止保温罩21与冷却板22长期开合造成下炉室2密封不严的问题，所述保温罩21下部与冷却板22连接处设有密封保温垫25。
具体地，所述熔料坩埚12和结晶坩埚231壁上涂刷有能够防止硅液污染的涂层。
参阅图3，本实施例中，所述冷却板22上部设有凹槽221，所述凹槽221内嵌有冷却管路222，所述冷却管路222设为蛇形。本发明所述冷却管路222在冷却板22中的排布密度，排布深度以及冷却管222大小可调，使冷却部位和面积可控，冷却量也可以控制。
本实施例中，所述炉室底座5通过炉室支架8与上炉室1固连，所述炉室底座5上所述的升降装置4为剪叉式升降机。本实施例中升降装置4结构简单，操作方便，起到升降结晶坩埚231的作用。
本实施例中，所述下炉室2内设有硅钼棒26，该硅钼棒26的一端插入下炉室2内，硅钼棒26的另一端通过加热变压器与温控程序仪表连接，该温控程序仪表与控制柜相连。本发明下炉室2通过硅钼棒26精准地控制着温度，使硅液有效的进行结晶生长。
该多晶硅铸锭设备，使用时，设备抽真空，通氩气，开启所述上炉室1内的第一加热器13，加热融化上炉室1内的硅料，关闭所述硅液导管14，待所述熔料坩埚12中的硅料全部熔完后，关闭所述上炉室1内的第一加热器13，打开所述下炉室2内的第二加热器24，开启所述硅液导管14，使硅液以一定的流速通过所述硅液喷管15流入所述下炉室2的结晶坩埚231中，然后开始加热结晶生长，结晶完成后利用带有冷却管路222的冷却板22对结晶坩埚231进行局部散热，实现减少总体的横向温度梯度以获得平整界面的目的，从而提高晶体质量，进而实现硅液结晶成硅锭，本发明所述结晶坩埚231和冷却板22设置在承重台3上，该承重台3通过升降装置4与炉室底座5相连，通过升降装置4来控制结晶坩埚231与下炉室2保温罩21的分离和组装，所述结晶坩埚231与保温罩21分离后便可将多晶硅锭块取出。
本发明所述冷却板22可以减少温度梯度，使多晶硅锭块获得平整界面，可获得更为稳定优越的晶体质量；且通过调整冷却管路222在冷却板22中的排布，冷却量也可以控制，达到提高多晶硅晶锭质量的目的。本发明所述承重台3可通过升降装置4进行上下运动，从而带动所述结晶器23和冷却板22与下炉室2保温罩21分离和组装，这样便于结晶器23内多晶硅锭块的取出，结构简单，操作方便，安全可靠。本发明所述结晶器23包括结晶坩埚231、石墨护板232和热交换块233，结晶坩埚231是容纳硅液的容器，石墨护板232是防止硅液对结晶坩埚231壁的容器压力对结晶坩埚231作用导致结晶坩埚231变形或破裂，热交换块233是高纯石墨块，对结晶坩埚231底部进行良好的导热，使硅液在结晶过程中定向生长。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种多晶硅铸锭设备，包括上炉室(1)、下炉室(2)、承重台(3)、升降装置(4)和炉室底座(5)，其特征在于：所述上炉室(1)内设有保温毡(11)，所述保温毡(11)内设有熔料坩埚(12)，位于所述熔料坩埚(12)与所述上炉室(1)保温毡(11)之间的空间内均匀设有若干第一加热器(13)，所述熔料坩埚(12)与所述下炉室(2)之间通过硅液导管(14)相连通，所述硅液导管(14)下端设有硅液喷管(15)，所述下炉室(2)包括保温罩(21)，所述保温罩(21)固定连接于上炉室(1)底面，所述保温罩(21)下部设有冷却板(22)，所述冷却板(22)与保温罩(21)下部拼接，所述保温罩(21)和冷却板(22)组成密封的腔室，所述腔室内设有结晶器(23)，所述结晶器(23)设于所述冷却板(22)上，所述结晶器(23)包括结晶坩埚(231)、石墨护板(232)和热交换块(233)，结晶坩埚(231)设置在由石墨护板(232)围构而成的内部空间结构内，结晶坩埚(231)的底部设置有热交换块(233)，所述结晶坩埚(231)外侧面设有第二加热器(24)，所述冷却板(22)下设有承重台(3)，所述承重台(3)通过升降装置(4)与炉室底座(5)相连。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述的上炉室(1)和下炉室(2)的两侧分别设有通入炉室内的进气管(6)和排气管(7)。
3.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述硅液导管(14)内相应位置设有硅液流量控制阀(16)。
4.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述保温罩(21)下部与冷却板(22)连接处设有密封保温垫(25)。
5.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述熔料坩埚(12)和结晶坩埚(231)壁上涂刷有能够防止硅液污染的涂层。
6.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述冷却板(22)上部设有凹槽(221)，所述凹槽(221)内嵌有冷却管路(222)，所述冷却管路(222)设为蛇形。
7.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述炉室底座(5)通过炉室支架(8)与上炉室(1)固连，所述炉室底座(5)上所述的升降装置(4)为剪叉式升降机。
8.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭设备，其特征在于：所述下炉室(2)内设有硅钼棒(26)，该硅钼棒(26)的一端插入炉室内，硅钼棒(26)的另一端通过加热变压器与温控程序仪表连接，该温控程序仪表与控制柜相连。
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