CN108950681B - 多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶铸锭炉的石墨底盘，石墨底盘上设置供气流进入的进气口，所述石墨底盘内围绕所述进气口设置多个与所述进气口连通的气室，各所述气室中设置多个用于对进入所述气室中的气流进行导流的导流部件；本发明的多晶铸锭炉的石墨底盘，在石墨底盘的进气口周围形成温度始终较低的气室，便于长晶初期形成中部微凸的生长界面，然后通过来回曲折迂回设置的布满石墨底盘周边的气道，使冷却气体充分换热，提升了多晶硅铸锭的质量，便于调节晶相结构，结构简单，易于实施，制造成本低廉，易于推广。

Description

多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉

技术领域

本发明涉及多晶铸锭炉技术领域，尤其指一种多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉。

背景技术

目前，定向凝固法是光伏行业中多晶铸锭的主流制备方法，该方法在晶体生长过程中建立特定方向的温度梯度，使熔体形核后沿着特定方向结晶凝固。

定向凝固法多晶铸锭炉，是目前光伏行业多晶硅铸锭常用的设备。该设备由石墨加热器加热，提供热源。隔热笼上包裹多孔的硬毡起保温和隔热的作用。顶部吹氩气和氦气，带走由于熔池对流和杂质分凝被输送至液体表面的挥发份杂质。通过底部的石墨块将热量传递至炉壁及炉壁中的冷却水。整个铸锭过程中，底部石墨块的传热量几乎仅由石墨材料本身性质决定，结晶速度快慢只能通过升降隔热笼，调节底部散热强度来控制。该方法中，隔热笼的开度影响长晶速度和固液界面平坦度，以及杂质挥发份的排除强度。三者的平衡点难以准确拿捏。此外，半熔多晶铸锭法在熔化结束时，需要保留一定高度的底部籽晶用以形核。底部石墨块的散热效率无法控制，也会造成籽晶保留高度不一，从而对生产管控造成困难。

多家铸锭炉设备厂商改造了底部冷却方法，运用气冷，水冷等多种方式，一定程度上实现了底部散热效率的控制。气冷在安全性和改造成本上具有一定优势，且气体比热小，散热效率较低，不容易造成底部过冷。因此，气冷炉的实际使用量更大。采用气冷石墨块设计的多晶铸锭炉在熔化过程中可以降低底部散热量，减少能耗；长晶过程中，加大散热量，促进形核，隔热笼也可以相应减少开度，减少不必要的热量损失，然而现有的气冷底盘的冷却不均匀，冷却效果不好，导致多晶硅铸锭的质量不佳，因此亟需一种冷却效果更优异的多晶铸锭炉。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶铸锭炉的石墨底盘及多晶铸锭炉。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种多晶铸锭炉的石墨底盘，石墨底盘上设置供气流进入的进气口，所述石墨底盘内围绕所述进气口设置多个与所述进气口连通的气室，各所述气室中设置多个用于对进入所述气室中的气流进行导流的导流部件。

作为优选，所述进气口设置在所述石墨底盘的中心。

作为优选，所述气室以所述进气口为中心呈中心对称分布。

作为优选，所述导流部件在所述气室中均布设置。

作为优选，在所述石墨底盘上的各所述气室的外侧均设置至少一条与其对应的所述气室连通的气道，所述气道曲折迂回的设置且一直延伸至所述石墨底盘边缘，所述气道的末端形成出气口。

作为优选，所述出气口内设置用于减小出气口内径的套筒。

作为优选，所述石墨底盘呈矩形，所述气室以所述进气口为中心对称设置四个，所述气道具有四条且一一对应的设置在各所述气室的外侧，各所述气道的末端分别延伸至矩形的所述石墨底盘的四角并形成所述出气口。

作为优选，所述导流部件为在所述气室中竖直设置的立柱，所述立柱的截面形状为圆形或矩形。

作为优选，所述石墨底盘包括底板以及设于所述底板上的盖板；所述底板与所述盖板之间形成容腔，所述气室和气道通过设置在所述容腔内的凸棱形成；或者所述底板的上表面上设置凹槽，所述盖板覆盖在所述底板的上表面上形成所述气室和所述气道。

本发明进一步提供一种多晶硅铸造炉，包括所述的多晶铸锭炉的石墨底盘。

与现有技术相比，本发明的多晶铸锭炉的石墨底盘，在石墨底盘的进气口周围形成温度始终较低的气室，便于长晶初期形成中部微凸的生长界面，然后通过来回曲折迂回设置的布满石墨底盘周边的气道，使冷却气体充分换热，提升了多晶硅铸锭的质量，便于调节晶相结构，结构简单，易于实施，制造成本低廉，易于推广。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图；

图2为本发明的实施例的结构示意图，图中示出了气道的出气口内设置的套筒。

附图标记说明：

1-进气口 2-气室 3-导流部件 4-气道 5-出气口 6-套筒 7-底板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

如图1所示，本发明实施例提供一种多晶铸锭炉的石墨底盘，石墨底盘上设置供气流进入的进气口1，所述石墨底盘内围绕所述进气口1设置多个与所述进气口1连通的气室2，各所述气室2中设置多个用于对进入所述气室2中的气流进行导流的导流部件3，本实施例中，从进气口1进入气室2的气体是用于冷却石墨底盘的冷却气体，例如，可以采用氩气、氦气或其他惰性气体，刚从进气口1进入的冷却气体温度低、热交换率高，而气室2的存在相当于增加了进气口1周围气路的大小，便于冷却气体在进入气室2后可以迅速扩散，从而更好的对底盘的中心部分进行均匀快速的冷却，且也能够使气室2中的冷却气体可以始终保持较低的温度，由此，便于在长晶初期形成中部微凸的生长界面，该微凸的生长界面能抑制位错增殖，排杂能力加强有利于将熔池中的氧和碳等杂质以挥发份的形式尽快带到熔池表面排出，满足硅晶体生长过程中的需要，通过所述导流部件3，可以对冷却气流进行导向，便于调节硅晶体的晶相，另外也可以避免气室2中乱流的产生，提升铸锭的质量。

继续参照图1，优选的，所述进气口1设置在所述石墨底盘的中心，从而可以凝固得到晶相更规则的多晶硅锭，进一步的，所述进气口1垂直于所述石墨底盘，使得进气更均匀。

优选的，所述气室2以所述进气口1为中心呈中心对称分布，通过这样的结构，使石墨底盘能够提供一个更均匀的中间低四周高的温度梯度，有利于在硅熔池内形成强热对流，将底部7杂质排出。

优选的，所述导流部件3在所述气室2中均布设置，进一步调节冷却气体的流向，使冷却气体的流动更为均匀，从而提供更为均匀的温度，本实施例中，参照图1，所述导流部件3在所述气室2中呈阵列排布，即成排成列的排布，具体的，所述导流部件3可以是在所述气室2中竖直设置的立柱，所述立柱的截面形状为圆形或矩形，当然，所述导流部件3的形状也可以不仅限于立柱形式，也可以是其他形式，例如片状等。

参照图1，优选的，在所述石墨底盘上的各所述气室2的外侧均设置至少一条与其对应的所述气室2连通的气道4，所述气道4曲折迂回的设置且一直延伸至所述石墨底盘的边缘，所述气道4的末端形成出气口5，本实施例中，冷却气体在通过气室2时，气体在气室2中的各区域的换热效率变化较为平缓，从而可以在气室2中形成温度升高速度较平缓的温度梯度，在这之后，冷却气体进入气道4，随着气道4的走向，冷却气体在气道4中形成逐渐递进升高的温度梯度，直至从石墨底盘边缘位置的气道4末端的出气口5排出，本实施例中，气道4的整体长度应当尽可能长，使气体能够更充分的换热，这样能够弥补由于气室2中的冷却气体温度较低而导致的换热不足的缺陷，需要说明的是，实际使用过程中，仅设置气室2会造成冷却气体的换热效率低，因此，较为优选的方式是在石墨底盘上同时形成气室2和气道4，这不仅能够保证石墨底盘的进气口1周围的温度始终较低，还能够在石墨底盘较远的位置形成温度逐渐升高的温度梯度，便于冷却气体能够充分换热，提高换热效率。另一方面，在气道4中经过长路程的热交换之后，到达出气口5附近的冷却气体的温度更高，补偿了边角部由于隔热笼(另一控温手段)开启带来的过冷状况，提高了多晶硅铸锭的质量。参照图1，本实施例中，所述气道4沿着矩形的气室2的两边设置，并且迂回的逐渐朝石墨底盘的边缘扩展，由此形成多条依次连通的L形的通道，本实施例中，所述气道4也可以所述出气口5为中心呈中心对称分布，当然所述气道4也可以不仅限于这种分布方式，在此不一一赘述。

优选的，参照图2，所述出气口5内设置用于减小出气口5内径的套筒6，使用时，可以根据需要对某一气道4所对应的出气口5加装套筒6，减小出气口5的内径可以减缓冷却气体的流速，提高气体的换热效率，例如，当从某一气道4中排出的冷却气体温度较低时，可以在该气道4的出气口5内安装套筒6，减缓该气道4中的冷却气体的流速，从而增加冷却气体在气道4中的停留时间，使冷却气体可以更充分的换热，提升该气道4内气体的换热效率，提升该气道4内的气体温度，这样，可以调节多晶硅铸锭的晶相结构，提升多晶铸锭的质量。

优选的，参照图1，本实施例中，所述石墨底盘呈矩形，所述气室2以所述进气口1为中心对称设置四个，所述气道4具有四条且一一对应的设置在各所述气室2的外侧，各所述气道4的末端分别延伸至矩形的所述石墨底盘的四角并形成所述出气口5，本实施例中，所述气室2为矩形，所述气室2设置有四个，四个气室2围成矩形，当然所述气室2也可以采用其他形状，例如图2中的花瓣形。需要说明的是，所述石墨底盘的形状可以不仅限于矩形，也可以采用其他形状，例如各种正多边形等，所述气室2的数量也不仅限于四个，也可以根据需要设置其他任意数量。

上述实施例中，根据石墨底盘的大小，气室2所占的面积与气路所占的面积可以根据需要进行调整，例如，各占一半。

具体的，上述实施例中，所述石墨底盘包括底板7，以及设于所述底板7上的盖板(图中未示出)，所述底板7与所述盖板之间形成容腔，所述气室2和气道4通过设置在所述容腔内的凸棱形成；或者所述底板的上表面上设置凹槽，所述盖板覆盖在所述底板的上表面上形成所述气室2和所述气道4。

本发明进一步提供一种多晶铸锭炉，包括上述实施例中的多晶铸锭炉的石墨底盘。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多晶铸锭炉的石墨底盘，其特征在于，石墨底盘上设置供气流进入的进气口，所述进气口设置在所述石墨底盘的中心，所述石墨底盘内围绕所述进气口设置多个与所述进气口连通的气室，所述气室以所述进气口为中心呈中心对称分布，所述石墨底盘呈矩形，所述气室以所述进气口为中心对称设置四个，气道具有四条且一一对应的设置在各所述气室的外侧并与其对应的所述气室连通，各所述气道曲折迂回的设置且一直延伸至矩形的所述石墨底盘的四角，各所述气道的末端形成出气口，各所述气室中设置多个用于对进入所述气室中的气流进行导流的导流部件。

2.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉的石墨底盘，其特征在于，所述导流部件在所述气室中均布设置。

3.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉的石墨底盘，其特征在于，所述出气口内设置用于减小出气口内径的套筒。

4.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉的石墨底盘，其特征在于，所述导流部件为在所述气室中竖直设置的立柱，所述立柱的截面形状为圆形或矩形。

5.根据权利要求1所述的多晶铸锭炉的石墨底盘，其特征在于，所述石墨底盘包括底板以及设于所述底板上的盖板；所述底板与所述盖板之间形成容腔，所述气室和气道通过设置在所述容腔内的凸棱形成；或者所述底板的上表面上设置凹槽，所述盖板覆盖在所述底板的上表面上形成所述气室和所述气道。

6.一种多晶铸锭炉，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的多晶铸锭炉的石墨底盘。

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