CN110484964A - 一种单晶热场坩埚及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶热场坩埚及其使用方法，包括坩埚本体和锅盖，所述坩埚本体的顶端螺纹连接有锅盖，所述坩埚本体底端焊接有四组环形阵列排列的支撑装置，且支撑装置的底端与隔热桶的横向内壁焊接固定，隔热桶的顶端设置有桶盖，桶盖的顶端连通有带有电磁阀的通气管，所述隔热桶内壁和桶盖内壁均通过黏胶粘接有隔热层，所述隔热桶的底端焊接有旋转装置，所述支撑装置包括圆管、圆杆和压力弹簧，所述圆杆的下半部设置在圆管的内腔，所述圆杆与坩埚本体的底端焊接固定，所述圆管的顶端焊接有压力弹簧，且压力弹簧设置在圆杆的外周，四组所述压力弹簧之间焊接有铁块。该单晶热场坩埚及其使用方法，不仅提升处理效果，还能调节结晶方向。

Description

一种单晶热场坩埚及其使用方法

技术领域

本发明属于坩埚技术领域，具体涉及一种单晶热场坩埚，还涉及一种单晶热场坩埚的使用方法。

背景技术

多晶硅及准单晶铸锭是在生产多晶硅及准单晶硅太阳能电池的主要生产环节。多晶硅坩埚是将多晶硅料熔化成溶液后，通过热场的控制，实现定向凝固的过程；准单晶硅铸锭是在多晶硅铸锭装料前，将少量单晶硅作为籽晶铺设在坩埚底部，并实现部分熔化，最后以此单晶硅为籽晶进行定向凝固的过程。现有在生产用的多晶硅及准单晶硅坩埚一般使用石墨电阻型加热器作为热源。但是结晶方向大多没法控制，导致生产品质大大下降。

因此针对这一现状，迫切需要设计和生产一种单晶热场坩埚及其使用方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶热场坩埚及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单晶热场坩埚，包括坩埚本体和锅盖，所述坩埚本体的顶端螺纹连接有锅盖，所述坩埚本体底端焊接有四组环形阵列排列的支撑装置，且支撑装置的底端与隔热桶的横向内壁焊接固定，隔热桶的顶端设置有桶盖，桶盖的顶端连通有带有电磁阀的通气管，所述隔热桶内壁和桶盖内壁均通过黏胶粘接有隔热层，所述隔热桶的底端焊接有旋转装置。

优选的，所述支撑装置包括圆管、圆杆和压力弹簧，所述圆杆的下半部设置在圆管的内腔，所述圆杆与坩埚本体的底端焊接固定，所述圆管的顶端焊接有压力弹簧，且压力弹簧设置在圆杆的外周，四组所述压力弹簧之间焊接有铁块。

优选的，所述坩埚本体的曲面安装有多组等距排列的环形石墨加热器，所述坩埚本体的底端和锅盖的顶端也安装有多组环形石墨加热器。

优选的，所述隔热层包括陶瓷纤维和纳米微孔隔热毡，所述纳米微孔隔热毡设置在两层陶瓷纤维之间，且陶瓷纤维和纳米微孔隔热毡之间通过黏胶粘接固定。

优选的，所述旋转装置包括置物板、旋转电机、支杆和轴承座，所述置物板上通过螺钉连接有旋转电机，且旋转电机的输出轴通过联轴器连接有转动轴，且转动轴的顶端与隔热桶的底端焊接固定，所述置物板的顶端还焊接有四组以旋转电机为中心环形阵列排列的支杆，所述支杆通过焊接的轴承座与隔热桶转动连接，所述置物板上还安装有与铁块吸合的电磁铁，所述置物板的底端开设有防滑纹。

优选的，所述隔热桶的顶端挖设的四组环形阵列排列的竖向螺纹孔内均螺纹连接有竖向螺栓，且竖向螺栓还穿过箱盖挖设的竖向通孔。

一种单晶热场坩埚的使用方法，包括以下步骤：

S1、放料：向坩埚本体内放入所需的硅料和籽晶，盖上锅盖和桶盖，并利用竖向螺栓将隔热桶和桶盖进行密封；

S2、抽气处理：将通气管与抽真空设备连通，打开电磁阀进行抽真空，完成后关闭电磁阀，将抽真空设备拆下；

S3、加热溶料：将全部石墨加热器开启，然后开启旋转电机，并间歇性的开启电磁铁，使得硅料和籽晶在加热过程中，还能受到外力，加速混匀效果；

S4、定向凝固：加热完成后，关闭旋转电机和电磁铁，然后降低坩埚本体底端和曲面的石墨加热器的功率，且曲面的石墨加热器的功率大于底端石墨加热器的功率，梯度降温，进行定向凝固结晶；

S5、降温出炉：凝固完成后，关闭所有石墨加热器，降至常温后，取出坩埚本体内物料。

优选的，所述加热溶料温度在1000度以上，时间在10-15小时，定向凝固时间设置为42-46小时，降温出炉时间设置在4-8小时。

本发明的技术效果和优点：该单晶热场坩埚及其使用方法，控制梯度降温，从而实现控制结晶的导向，使得结晶能够定向控制，保证结晶的品质和效果；旋转装置的旋转电机的转动，使得隔热桶和坩埚本体的得到转动，电磁铁的间歇性的开关，能够吸合铁块，使得坩埚本体上下来回移动，从而使得坩埚本体内的原料得到一定程度的混合，从而加速处理效率；隔热层的设置，降低热量的流失，陶瓷纤维和纳米微孔隔热毡均能耐1000度以上高温，能够起到良好的隔热和保护作用，该单晶热场坩埚及其使用方法，不仅提升处理效果，还能调节结晶方向。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的隔热层的剖视图；

图3为本发明的使用流程示意图。

图中：1坩埚本体、2锅盖、3支撑装置、4隔热桶、5桶盖、6隔热层、7旋转装置、8圆管、9圆杆、10压力弹簧、11铁块、12石墨加热器、13陶瓷纤维、14纳米微孔隔热毡、15置物板、16旋转电机、17支杆、18轴承座、19电磁铁。

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。

除非单独定义指出的方向外，本文涉及的上、下、左、右、前、后、内和外等方向均是以本发明所示的图中的上、下、左、右、前、后、内和外等方向为准，在此一并说明。

本发明提供了如图1-3所示的一种单晶热场坩埚，包括坩埚本体1和锅盖2，所述坩埚本体1的顶端螺纹连接有锅盖2，也可以使用坩埚本体1自有连接方式，所述坩埚本体1底端焊接有四组环形阵列排列的支撑装置3，且支撑装置3的底端与隔热桶4的横向内壁焊接固定，隔热桶4的顶端设置有桶盖5，桶盖5的顶端连通有带有电磁阀的通气管，用于连接外部的抽真空设备，所述隔热桶4内壁和桶盖5内壁均通过黏胶粘接有隔热层6，所述隔热桶4的底端焊接有旋转装置7。

具体的，所述支撑装置3包括圆管8、圆杆9和压力弹簧10，所述圆杆9的下半部设置在圆管8的内腔，所述圆杆9与坩埚本体1的底端焊接固定，所述圆管8的顶端焊接有压力弹簧10，且压力弹簧10设置在圆杆9的外周，四组所述压力弹簧10之间焊接有铁块11，铁块11的尺寸按照需要进行调节，保护与电磁铁19的吸力能够对坩埚本体1产生影响，且保证锅盖2顶端的石墨加热器12不与桶盖5接触。

具体的，所述坩埚本体1的曲面安装有多组等距排列的环形石墨加热器12，所述坩埚本体1的底端和锅盖2的顶端也安装有多组环形石墨加热器12，石墨加热器12为南通石墨加工厂的加热器。

具体的，所述隔热层6包括陶瓷纤维13和纳米微孔隔热毡14，所述纳米微孔隔热毡14设置在两层陶瓷纤维13之间，且陶瓷纤维13和纳米微孔隔热毡14之间通过黏胶粘接固定，陶瓷纤维13和纳米微孔隔热毡14均能耐1000度高温，隔热效果好，而且还具有一定的保护作用。

具体的，所述旋转装置7包括置物板15、旋转电机16、支杆17和轴承座18，所述置物板15上通过螺钉连接有旋转电机16，且旋转电机16的输出轴通过联轴器连接有转动轴，且转动轴的顶端与隔热桶4的底端焊接固定，所述置物板15的顶端还焊接有四组以旋转电机16为中心环形阵列排列的支杆17，所述支杆17通过焊接的轴承座18与隔热桶4转动连接，轴承座18和支杆17的配合，能够提升隔热桶4的稳定性，所述置物板15上还安装有与铁块11吸合的电磁铁19，所述置物板15的底端开设有防滑纹。

具体的，所述隔热桶4的顶端挖设的四组环形阵列排列的竖向螺纹孔内均螺纹连接有竖向螺栓，且竖向螺栓还穿过箱盖挖设的竖向通孔，进行稳定连接，方便安装和拆卸。

一种单晶热场坩埚的使用方法，包括以下步骤：

S1、放料：向坩埚本体1内放入所需的硅料和籽晶，盖上锅盖2和桶盖5，并利用竖向螺栓将隔热桶4和桶盖5进行密封，如果需要，还可以在隔热桶4和桶盖5之间的缝隙粘接密封条（能耐高温的）；

S2、抽气处理：将通气管与抽真空设备连通，打开电磁阀进行抽真空，完成后关闭电磁阀，将抽真空设备拆下；

S3、加热溶料：将全部石墨加热器12开启，然后开启旋转电机16，并间歇性的开启电磁铁19，使得硅料和籽晶在加热过程中，还能受到外力，加速混匀效果；

S4、定向凝固：加热完成后，关闭旋转电机16和电磁铁19，然后降低坩埚本体1底端和曲面的石墨加热器12的功率，且曲面的石墨加热器12的功率大于底端石墨加热器12的功率，梯度降温，进行定向凝固结晶；

S5、降温出炉：凝固完成后，关闭所有石墨加热器12，降至常温后，如果自然降温速度过慢，可以提供冷凝器进行加速降温，前提是不损坏内部材料，取出坩埚本体1内物料，然后加料重复上述工序。

具体的，所述加热溶料温度在1000度以上，时间在10-15小时，定向凝固时间设置为42-46小时，降温出炉时间设置在4-8小时（具体时间和温度的精度以具体材料的科学计算为准）。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单晶热场坩埚，包括坩埚本体（1）和锅盖（2），其特征在于：所述坩埚本体（1）的顶端螺纹连接有锅盖（2），所述坩埚本体（1）底端焊接有四组环形阵列排列的支撑装置（3），且支撑装置（3）的底端与隔热桶（4）的横向内壁焊接固定，隔热桶（4）的顶端设置有桶盖（5），桶盖（5）的顶端连通有带有电磁阀的通气管，所述隔热桶（4）内壁和桶盖（5）内壁均通过黏胶粘接有隔热层（6），所述隔热桶（4）的底端焊接有旋转装置（7）。

2.根据权利要求1所述的一种单晶热场坩埚，其特征在于：所述支撑装置（3）包括圆管（8）、圆杆（9）和压力弹簧（10），所述圆杆（9）的下半部设置在圆管（8）的内腔，所述圆杆（9）与坩埚本体（1）的底端焊接固定，所述圆管（8）的顶端焊接有压力弹簧（10），且压力弹簧（10）设置在圆杆（9）的外周，四组所述压力弹簧（10）之间焊接有铁块（11）。

3.根据权利要求1所述的一种单晶热场坩埚，其特征在于：所述坩埚本体（1）的曲面安装有多组等距排列的环形石墨加热器（12），所述坩埚本体（1）的底端和锅盖（2）的顶端也安装有多组环形石墨加热器（12）。

4.根据权利要求1所述的一种单晶热场坩埚，其特征在于：所述隔热层（6）包括陶瓷纤维（13）和纳米微孔隔热毡（14），所述纳米微孔隔热毡（14）设置在两层陶瓷纤维（13）之间，且陶瓷纤维（13）和纳米微孔隔热毡（14）之间通过黏胶粘接固定。

5.根据权利要求1所述的一种单晶热场坩埚，其特征在于：所述旋转装置（7）包括置物板（15）、旋转电机（16）、支杆（17）和轴承座（18），所述置物板（15）上通过螺钉连接有旋转电机（16），且旋转电机（16）的输出轴通过联轴器连接有转动轴，且转动轴的顶端与隔热桶（4）的底端焊接固定，所述置物板（15）的顶端还焊接有四组以旋转电机（16）为中心环形阵列排列的支杆（17），所述支杆（17）通过焊接的轴承座（18）与隔热桶（4）转动连接，所述置物板（15）上还安装有与铁块（11）吸合的电磁铁（19），所述置物板（15）的底端开设有防滑纹。

6.根据权利要求1所述的一种单晶热场坩埚，其特征在于：所述隔热桶（4）的顶端挖设的四组环形阵列排列的竖向螺纹孔内均螺纹连接有竖向螺栓，且竖向螺栓还穿过箱盖挖设的竖向通孔。

7.一种权利要求1-6任一项所述的单晶热场坩埚的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、放料：向坩埚本体（1）内放入所需的硅料和籽晶，盖上锅盖（2）和桶盖（5），并利用竖向螺栓将隔热桶（4）和桶盖（5）进行密封；

S2、抽气处理：将通气管与抽真空设备连通，打开电磁阀进行抽真空，完成后关闭电磁阀，将抽真空设备拆下；

S3、加热溶料：将全部石墨加热器（12）开启，然后开启旋转电机（16），并间歇性的开启电磁铁（19），使得硅料和籽晶在加热过程中，还能受到外力，加速混匀效果；

S4、定向凝固：加热完成后，关闭旋转电机（16）和电磁铁（19），然后降低坩埚本体（1）底端和曲面的石墨加热器（12）的功率，且曲面的石墨加热器（12）的功率大于底端石墨加热器（12）的功率，梯度降温，进行定向凝固结晶；

S5、降温出炉：凝固完成后，关闭所有石墨加热器（12），降至常温后，取出坩埚本体（1）内物料。

8.根据权利要求7所述的一种单晶热场坩埚的使用方法，其特征在于：所述加热溶料温度在1000度以上，时间在10-15小时，定向凝固时间设置为42-46小时，降温出炉时间设置在4-8小时。