CN108842181B - 一种节能多晶铸锭炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种节能多晶铸锭炉，包括炉体、设置在炉体内的坩埚以及用于支撑坩埚的石墨支撑柱；坩埚的四周与底部均设有石墨保护板，在坩埚底部的石墨保护板的下方设有热交换台，坩埚四周的石墨保护板的外侧均设有侧部加热器，坩埚的上方设有顶部加热器；还包括热场保温毡，该热场保温毡将坩埚、石墨保护板、热交换台、侧部加热器以及顶部加热器包围住；所述石墨支撑柱的一端与热交换台底部连接，另一端穿过热场保温毡后支撑在炉体上；所述石墨支撑柱上设有隔热件，该隔热件以包裹的方式设置在石墨支撑柱的外壁上。本发明有效减少坩埚中的热量损失，降低了能耗，减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种多晶铸锭炉，具体涉及一种节能多晶铸锭炉。
背景技术
目前，太阳能电池(组)多为多晶硅太阳能电池，其中，晶体硅材料是最主要的光伏材料，并且晶体硅材料在今后相当长的一段时间里也依然是太阳能电池的主流材料。通常情况下，制造多硅晶的设备是铸锭炉，而现有的多晶硅铸锭炉主要由炉体、隔热笼、坩埚、加热器以及热交换台等结构构成。
现有多晶硅铸锭炉的工作原理是：先对坩埚进行加热，使得坩埚中的硅材料在一定的温度下达到熔融状态，接着再将隔热笼从下向上打开，逐渐形成从下向上生长的晶体。现有的多晶硅铸锭炉在工作过程中存在以下问题：
1、在加热过程中，由于坩埚的底部设有多个石墨支撑柱，因此，坩埚底部的热量会通过石墨支撑柱传导出来，导致坩埚的部分热量损失，在实际生产中，为了避免坩埚内的热量损失过快，通常会增加对坩埚进行通电加热的时间或者加热的功率以弥补散失的热量，确保坩埚底部的温度保持在一定范围内，但会导致耗电量多，由于电能消耗是硅锭生产的主要成本之一，从而导致多晶硅生产的成本较高。
2、在长晶过程中，最理想的长晶形态是长晶界面为平面或中间微凸形态，以便于排除杂质以及获得最佳的晶体结构，而在长晶过程中由于石墨支撑柱向外导热，使得中间区域温度下降较快，形成中间过于凸起的长晶界面，从而不利于排除杂质以及获得最佳的晶体结构。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能多晶铸锭炉，该铸锭炉能够减少热量从石墨支撑柱中的散失，从而降低耗电量，降低生产成本；并且有利于形成中间微凸的长晶界面，提高晶体质量。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种节能多晶铸锭炉，包括炉体、设置在炉体内的坩埚以及用于支撑坩埚的石墨支撑柱；其中，所述坩埚的四周与底部均设有石墨保护板，在坩埚底部的石墨保护板的下方设有热交换台，所述坩埚四周的石墨保护板的外侧均设有侧部加热器，坩埚的上方设有顶部加热器；还包括热场保温毡，该热场保温毡将坩埚、石墨保护板、热交换台、侧部加热器以及顶部加热器包围住；所述石墨支撑柱的一端与热交换台底部连接，另一端穿过热场保温毡后支撑在炉体上；其特征在于，所述石墨支撑柱上设有隔热件，该隔热件以包裹的方式设置在石墨支撑柱的外壁上。
本发明的一个优选方案，其中，所述石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间设有辅助隔热件。通过在热交换台与石墨支撑柱之间设置辅助隔热件，能够使得在热量从热交换台传导到石墨支撑柱的过程中形成有效阻隔，在石墨支撑柱的始端就开始对热量的传导进行隔绝，使得隔热效果更佳，有利于阻碍坩埚中的热量通过石墨支撑柱散失。
优选地，所述隔热件为硬性的保温毡，且厚度为15mm，且在石墨支撑柱的外壁上包裹两层；所述辅助隔热件为C/C复合材料，且厚度为10mm，所述辅助隔热件直接垫在石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间。
本发明的一个优选方案，其中，所述隔热件为软性的保温毡，且厚度为25mm；所述辅助隔热件为硬性的保温毡，且厚度为15mm，所述辅助隔热件直接垫在石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间。
优选地，所述隔热件加工成圆筒形，并直接套装在石墨支撑柱的外壁上。
一种多晶铸锭炉的节能方法，其特征在于，用隔热件将石墨支撑柱的外壁包裹住，防止坩埚中的热量从石墨支撑柱散失。
优选地，在石墨支撑柱与热交换台之间垫有辅助隔热件。
优选地，所述隔热件选用硬性的保温毡，且厚度为15mm，且在石墨支撑柱的外壁上包裹两层；所述辅助隔热件选用C/C复合材料，且厚度为10mm。
优选地，所述隔热件选用软性的保温毡，且厚度为25mm；所述辅助隔热件选用硬性的保温毡，且厚度为15mm。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、通过在石墨支撑柱上包裹隔热件，有效减少坩埚中心底部的热量损失，使得坩埚中心底部的温度能够长时间保持在一定的范围内，从而有效降低能耗，减少成本。
2、通过在石墨支撑柱上包括隔热件，使得坩埚中心底部的散热速度减慢，有效减少坩埚中心底部与侧面的温度差，避免中间区域散热过快而形成过于凸起的长晶界面，从而有利于形成一个微凸的长晶界面，提高硅锭质量。
3、直接在石墨支撑柱上包裹上隔热件，就能够有效地降低能耗，结构简单并且操作方便，能够随时对隔热件进行更换或拆装。
附图说明
图1为本发明的节能多晶铸锭炉的一种具体实施方式的主视剖视图。
图2为本发明的节能多晶铸锭炉的仰视图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图1-图2，本实施例的节能多晶铸锭炉，包括炉体1、设置在炉体1内的坩埚9以及用于支撑坩埚9的石墨支撑柱7；其中，所述坩埚9的四周与底部均设有石墨保护板4，在坩埚9底部的石墨保护板4的下方设有热交换台5，所述坩埚9四周的石墨保护板4的外侧均设有侧部加热器3，坩埚9的上方设有顶部加热器2；还包括热场保温毡10，该热场保温毡10将坩埚9、石墨保护板4、热交换台5、侧部加热器3以及顶部加热器2包围住；所述石墨支撑柱7有三条，且呈三角形布局设置在热交换台5的底部；每条石墨支撑柱7的一端与热交换台5底部连接，另一端穿过热场保温毡10后支撑在炉体1上；每条石墨支撑柱7上均设有隔热件6，该隔热件6以包裹的方式设置在石墨支撑柱7的外壁上。
参见图1，所述石墨支撑柱7的上端顶部与热交换台5之间设有辅助隔热件8。通过在热交换台5与石墨支撑柱7之间设置辅助隔热件8，能够使得在热量从热交换台5传导到石墨支撑柱7的过程中形成有效阻隔，在石墨支撑柱7的始端就开始对热量的传导进行隔绝，使得隔热效果更佳，有利于阻碍坩埚9中心底部的热量通过石墨支撑柱7散失。
所述隔热件6为硬性的保温毡，且厚度为15mm，且在石墨支撑柱7的外壁上包裹两层；所述辅助隔热件8为C/C复合材料，且厚度为10mm，所述辅助隔热件8直接垫在石墨支撑柱7的上端顶部与热交换台5之间。
本实施例还提出一种多晶铸锭炉的节能方法，用隔热件6将石墨支撑柱7的外壁包裹住，在石墨支撑柱7与热交换台5之间垫有辅助隔热件8，防止坩埚9中的热量从石墨支撑柱7散失。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：所述隔热件6为软性的保温毡，且厚度为25mm；所述辅助隔热件8为硬性的保温毡，且厚度为15mm，所述辅助隔热件8直接垫在石墨支撑柱7的上端顶部与热交换台5之间。所述隔热件6加工成圆筒形，并直接套装在石墨支撑柱7的外壁上。
以下为采用实施例1和实施例2的节能多晶铸锭炉后与普通多晶铸锭炉的每公斤能耗(每公斤硅材料进行加工时的电能消耗)及硅片效率(通过本发明的节能多晶铸锭炉生产的硅片将光能转化为电能的效率)的数据对比：
由上述实验表格可以清楚得出，采用本发明的节能多晶铸锭炉后，每公斤硅材料进行加工所消耗的电能减少，尤其是在采用实施例2的方案后，其节能效果更好。同时，采用本发明的节能多晶铸锭炉生产的硅片其性能具有明显的提升，尤其是采用实施例2的方案，其生产的硅片效率更高，显然这是因为减慢了坩埚中心底部的热量散失，形成一个微凸的长晶界面，生产出质量更好的硅片。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种节能多晶铸锭炉，包括炉体、设置在炉体内的坩埚以及用于支撑坩埚的石墨支撑柱；其中，所述坩埚的四周与底部均设有石墨保护板，在坩埚底部的石墨保护板的下方设有热交换台，所述坩埚四周的石墨保护板的外侧均设有侧部加热器，坩埚的上方设有顶部加热器；还包括热场保温毡，该热场保温毡将坩埚、石墨保护板、热交换台、侧部加热器以及顶部加热器包围住；所述石墨支撑柱的一端与热交换台底部连接，另一端穿过热场保温毡后支撑在炉体上；其特征在于，所述石墨支撑柱上设有隔热件，该隔热件以包裹的方式设置在石墨支撑柱的外壁上；
所述石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间设有辅助隔热件。
2.根据权利要求1所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，所述隔热件为硬性的保温毡，且厚度为15mm，且在石墨支撑柱的外壁上包裹两层；所述辅助隔热件为C/C复合材料，且厚度为10mm，所述辅助隔热件直接垫在石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间。
3.根据权利要求1所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，所述隔热件为软性的保温毡，且厚度为25mm；所述辅助隔热件为硬性的保温毡，且厚度为15mm，所述辅助隔热件直接垫在石墨支撑柱的上端顶部与热交换台之间。
4.根据权利要求3所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，所述隔热件加工成圆筒形，并直接套装在石墨支撑柱的外壁上。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述的节能多晶铸锭炉的节能方法，其特征在于，用隔热件将石墨支撑柱的外壁包裹住，防止坩埚中的热量从石墨支撑柱散失。
6.根据权利要求5所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，在石墨支撑柱与热交换台之间垫有辅助隔热件。
7.根据权利要求6所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，所述隔热件选用硬性的保温毡，且厚度为15mm，且在石墨支撑柱的外壁上包裹两层；所述辅助隔热件选用C/C复合材料，且厚度为10mm。
8.根据权利要求6所述的节能多晶铸锭炉，其特征在于，所述隔热件选用软性的保温毡，且厚度为25mm；所述辅助隔热件选用硬性的保温毡，且厚度为15mm。
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