CN111394791A - 一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法，属于多晶硅铸锭技术领域，冷却系统包括：热交换台，其上表面用于承载坩埚；冷却主管，布置于热交换台的下表面，冷却主管配置为内部可供流体通过而与热交换台进行换热；至少一个的回冷管，分别穿插于冷却主管的各段中，且至少一个的回冷管均与冷却主管相连通以形成连续的流体冷却通道，回冷管由热交换台的下表面朝远离热交换台的下表面延伸，以使冷却主管中的流体流经回冷管后温度降低并在回冷管紧邻热交换台的下表面处形成低温冷却点。本发明公开的多晶硅铸锭炉用冷却系统，易于形成硅孪晶结构并作为籽晶实现坩埚中整个硅熔体的定向凝固，从而利于长出高质量的多晶硅锭。

Description

一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭技术领域，尤其涉及一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法。

背景技术

多晶硅铸锭炉是目前光伏行业中多晶硅的主要生产设备，其功能是将多晶硅按照设定工艺经过熔化、定向结晶、退火、冷却几个阶段后成为有一定晶体生长方向的多晶硅锭。多晶硅铸锭过程所需环境即为多晶铸锭炉热场。通过合理的设计热场中加热器的功率分布、隔热材料的位置、厚度分布，可以改变最终多晶硅锭的晶体生长方向。铸造多晶硅内部存在大量的晶界，洁净的晶界呈非电活性，对少数载流子寿命并无影响或只有微小影响，而杂质的偏聚或沉淀会改变晶界的电活性，会显著降低少数载流子寿命，晶界越多，影响越大；但是研究表明，如果晶界垂直于器件表面，则晶界对材料电化学性能几乎没有影响，所以提高晶粒大小、改善长晶方向是提高多晶硅铸锭品质的有效方法。

多晶硅铸锭炉内热场的分布直接影响硅熔体内温度梯度和固液界面，进而影响到多晶硅柱状晶的生长。现有的多晶硅铸锭炉，通常是采用坩埚下降或保温体上升的方式来实现由底部至顶部逐渐降温的，加热体放置在坩埚的四周，加热方式为侧面加热，坩埚放置于热交换台上。热交换台的下表面设置各种形状的冷却通道，使气体或液体流经冷却通道而对热交换台进行冷却，而该种方式仅仅是加快了热交换台的散热，且热交换台下表面设置的冷却通道多为形状结构均匀的规则结构，使坩埚底部温度较均匀，使得形核区域的面积大而导致无序的自发形核，无法形成孪晶结构而长出高质量的多晶硅锭，极易在硅锭中生成细晶甚至非晶，影响多晶硅片的光电转换效率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法，以解决现有技术中热交换台底部冷却结构不合理无法形成孪晶结构而长出高质量的多晶硅锭的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多晶硅铸锭炉用冷却系统，所述冷却系统包括：热交换台，其上表面用于承载坩埚；冷却主管，布置于所述热交换台的下表面，所述冷却主管配置为内部可供流体通过而与所述热交换台进行换热；至少一个的回冷管，分别穿插于所述冷却主管的各段中，且所述至少一个的回冷管均与所述冷却主管相连通以形成连续的流体冷却通道，所述回冷管由所述热交换台的下表面朝远离所述热交换台的下表面延伸，以使所述冷却主管中的流体流经所述回冷管后温度降低并在所述回冷管紧邻所述热交换台的下表面处形成低温冷却点。

在一个实施例中，所述回冷管包括：下行管，所述下行管中的流体由所述下行管靠近所述热交换台的一端朝远离所述热交换台的一端流动；上行管，其远离所述热交换台的一端与所述下行管远离所述热交换台的一端相连通，所述上行管中的流体由所述上行管远离所述热交换台的一端朝靠近所述热交换台的一端流动；其中，所述上行管靠近所述热交换台的一端紧邻所述热交换台的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

在一个实施例中，所述下行管的数量和所述上行管的数量均为至少两个；所述下行管和所述上行管上下端依次相连通，以形成连续的回冷管通道，且所述回冷管通道首端与所述冷却主管上一段相连通、所述回冷管通道末端与所述冷却主管下一段相连通；每一所述上行管靠近所述热交换台的一端均紧邻所述热交换台的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

在一个实施例中，所述上行管靠近所述热交换台的一端通过缓冲冷却盒与所述冷却主管或与所述下行管靠近所述热交换台的一端相连通，所述缓冲冷却盒紧邻所述热交换台的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

在一个实施例中，所述冷却主管由所述热交换台下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，以使所述流体冷却通道中的流体由所述热交换台下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，所述冷却主管的入口端位于所述热交换台下表面的中部，其出口端位于所述热交换台下表面的外侧。

在一个实施例中，随所述冷却主管由所述热交换台下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，所述冷却主管的内径逐渐变小。

在一个实施例中，所述冷却主管的外围与所述热交换台的下表面外边沿之间形成有空间，位于该空间中的所述热交换台下表面设置有外围冷却管，所述外围冷却管与所述冷却主管的出口端相连通并沿所述冷却主管的旋绕趋势旋绕于所述冷却主管的外围，所述外围冷却管用于对所述热交换台的下表面外围进行冷却；所述外围冷却管与所述冷却主管相连通的一端设置有外围阀门。

在一个实施例中，每一所述回冷管的其中一所述下行管与所述上行管在远离所述热交换台的一端连接处通过第一连通管与单冷进管相连通；每一所述回冷管的另一所述下行管与所述上行管在远离所述热交换台的一端连接处通过第二连通管与单冷出管相连通；所述第一连通管上均设置有第一阀门，所述第二连通管上均设置有第二阀门，靠近所述第一连通管的所述下行管远离所述热交换台的一端均设置有第三阀门，靠近所述第二连通管的所述上行管远离所述热交换台的一端均设置有第四阀门。

在一个实施例中，所述冷却系统还包括冷却装置，所述冷却装置配置为对所述回冷管进行冷却。

根据本发明的另一方面，提供了一种多晶硅铸锭冷却方法，适用于上述的多晶硅铸锭炉用冷却系统，所述冷却方法包括步骤：

S100：在坩埚中的硅料熔化完成而进入长晶阶段时，打开所述冷却系统的第一连通管上的第一阀门和第二连通管上的第二阀门，关闭所述冷却系统的每一回冷管的下行管上的第三阀门和上行管上的第四阀门，通过单冷进管向各回冷管中通入冷却流体，使每一所述回冷管在紧邻热交换台的下表面处形成低温冷却点，从而使坩埚中的硅熔体在接近各低温冷却点处形成籽晶；

S200：关闭各所述回冷管的所述第一阀门和所述第二阀门，打开各所述回冷管的所述第三阀门和所述第四阀门，关闭所述冷却系统的外围冷却管上的外围阀门，向所述冷却系统的冷却主管中通入冷却流体，使冷却流体沿流体冷却通道由所述热交换台下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，以使所述热交换台的下表面散热速率由中心往边缘处递减，使坩埚内硅液铸锭时固液界面保持水平；

S300：在坩埚中的硅液长晶中后期，打开所述外围阀门，反转流体冷却通道中的流体流动方向，向外围冷却管中通入冷却流体，使冷却流体沿外围冷却管由所述热交换台下表面的四周外沿向中部逐圈且连续旋绕流动，以使所述热交换台的下表面散热速率由边缘往中心处递减，使坩埚内硅液铸锭时固液界面保持水平。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种多晶硅铸锭炉用冷却系统，通过在热交换台的下表面设置冷却主管，并在冷却主管的各段中穿插回冷管，使各回冷管与冷却主管连通形成供流体通过的连续的流体冷却通道，通过将回冷管设置为由热交换台的下表面朝远离热交换台的下表面延伸，从而使得流经回冷管中的流体在回冷管中朝远离热交换台的下表面流动而被回冷管进行降温回冷，而不被热交换台的下表面加热升温，流体流经回冷管一个回折后再流动至靠近热交换台下表面，从而使得回冷管紧邻热交换台下表面处的流体温度低于其四周的流体温度，从而可在该处形成低温冷却点，使得坩埚底部在该低温冷却点位置形成适宜的过冷度而易形成硅孪晶结构，通过形成的硅孪晶结构作为籽晶，可实现坩埚中整个硅熔体的定向凝固，从而利于长出高质量的多晶硅锭。

同时，冷却主管中的流体流经回冷管后即可降温，可防止流体持续沿热交换台下表面流动而被热交换台加热而导致入水段和出水段温差大的情况，使得热交换台除低温冷却点外其余位置温度更为均匀，从而可使固液界面更为水平，进一步利于高质量多晶硅锭的生长。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明具体实施方式中实施例1提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中实施例1提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统的仰视结构示意图；

图3是本发明具体实施方式中实施例1提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统的另一结构示意图；

图4是本发明具体实施方式中实施例1提供的外围冷却管与冷却主管相连接处的结构示意图；

图5是本发明具体实施方式中实施例2提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统的结构示意图；

图6是本发明具体实施方式中实施例2提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统的另一结构示意图；

图7是本发明具体实施方式中实施例2提供的图6中A局部放大示意图；

图8是本发明具体实施方式中实施例2提供的回冷管的结构示意图；

图9是本发明具体实施方式中实施例3提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图；

图10是本发明具体实施方式中实施例3提供的多晶硅铸锭炉的另一结构示意图。

图中：

1、热交换台；2、坩埚；3、冷却主管；4、回冷管；41、下行管；42、上行管；43、缓冲冷却盒；31、入口端；32、出口端；5、外围冷却管；50、外围阀门；51、进流体端；52、出流体端；6、单冷进管；60、第一连通管；7、单冷出管；70、第二连通管；601、第一阀门；701、第二阀门；410、第三阀门；420、第四阀门；8、冷却装置；101、炉室；102、隔热笼体；103、加热器；104、下保温层；105、支撑柱；106、提升机构；10、凹槽。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中热交换台底部冷却结构不合理无法形成孪晶结构而长出高质量的多晶硅锭的技术问题，本申请提供了一种多晶硅铸锭炉用冷却系统及多晶硅铸锭冷却方法。

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例提供了一种多晶硅铸锭炉用冷却系统，冷却系统包括热交换台1、冷却主管3、至少一个的回冷管4，热交换台1的上表面用于承载坩埚2，冷却主管3布置于热交换台1的下表面，冷却主管3的内部可供流体通过而与热交换台1进行换热，至少一个的回冷管4分别穿插于冷却主管3的各段中，且至少一个的回冷管4均与冷却主管3相连通以形成连续的流体冷却通道，亦可理解为冷却主管3被回冷管4隔成多段，且冷却主管3与回冷管4连通而共同形成对热交换台1进行冷却的流体冷却通道，回冷管4由热交换台1的下表面朝远离热交换台1的下表面延伸，亦可理解为，回冷管4仅上端靠近热交换台1而下端远离热交换台1，以使冷却主管3中的流体流经回冷管4后温度降低并在回冷管4紧邻热交换台1的下表面处形成低温冷却点。

由以上可知，本发明实施例提供的多晶硅铸锭炉用冷却系统，回冷管4与冷却主管3的配合设置，可在冷却主管3的各段形成一降温回冷点，流经回冷管4中的流体在回冷管4中朝远离热交换台1的下表面流动而被回冷管4进行降温回冷，而不被热交换台1的下表面加热升温，流体流经回冷管4一个回折后再流动至靠近热交换台1下表面，从而使得回冷管4紧邻热交换台1下表面处的流体温度低于其四周的流体温度，从而可在该处形成低温冷却点，使得坩埚2底部在该低温冷却点位置形成适宜的过冷度而易形成硅孪晶结构，通过形成的硅孪晶结构作为籽晶，可实现坩埚中整个硅熔体的定向凝固，从而利于长出高质量的多晶硅锭。同时，冷却主管3中的流体流经回冷管4后即可降温，可防止流体持续沿热交换台1下表面流动而被热交换台1加热而导致入水段和出水段温差大的情况，使得热交换台1除低温冷却点外其余位置温度更为均匀，从而可使固液界面更为水平，进一步利于高质量多晶硅锭的生长。

本实施例中，在冷却主管3和回冷管4中流动的流体，可为液体或气体。

本实施例中，优选回冷管4的数量为多个，利于形成多个低温冷却点。回冷管4优选为25个，且相邻两回冷管4间隔相同地分布于热交换台1下方。

本实施例中，回冷管4包括一下行管41和一上行管42，下行管41和上行管42均由热交换台1的下表面朝远离热交换台1的下表面延伸，下行管41的上端与冷却主管3上一段相连通，上行管42远离热交换台1的一端与下行管41远离热交换台1的一端相连通，上行管42的上端与冷却主管3的下一段相连通，下行管41中的流体由下行管41靠近热交换台1的一端朝远离热交换台1的一端流动，上行管42中的流体由上行管42远离热交换台1的一端朝靠近热交换台1的一端流动，使得冷却主管3中的流体由下行管41上端进入下行管41内部后向下端即远离热交换台1的一端流动，而后由上行管42的下端进入上行管42的内部并向其上端即靠近热交换台1的一端流动，形成一个回折，而后进入冷却主管3的下一段，流体在下行管41和上行管42中流动的过程中即可实现降温。其中，上行管42靠近热交换台1的一端紧邻热交换台1的下表面，并在该处形成低温冷却点。

本实施例中，下行管41和上行管42均为长条形管，其组合连通形成U形管。

需要说明的是，本实施例对下行管41和上行管42的长度和形状不限于此，下行管41和上行管42长度越长，冷却效果越好，下行管41和上行管42形状越曲折，冷却效果越好。例如，下行管41和上行管42的下部可为弯曲的规则或不规则的曲折管部，如图3所示。

本实施例中，上行管42靠近热交换台1的一端通过缓冲冷却盒43与冷却主管3相连通，缓冲冷却盒43紧邻热交换台1的下表面，并在该处形成低温冷却点。采用以上设置，使得依次流经下行管41和上行管42的流体进入缓冲冷却盒43中缓冲，使得在缓冲冷却盒43中持续的时间较久，利于形成更为稳定和更大面积的低温冷却点，进而利于坩埚内底部靠近该缓冲冷却盒43处形成硅孪晶结构。

本实施例中，热交换台1的下表面设置有凹槽10，缓冲冷却盒43位于凹槽10中。采用以上设置，使得缓冲冷却盒43更为接近坩埚底部，可提高缓冲冷却盒43对该处的降温效果。

由于多晶硅铸锭炉通常是采用隔热笼体上升的方式来实现坩埚由底部至顶部逐渐降温的，在进入长晶阶段，隔热笼体沿坩埚轴向向上移动时，热交换台1在隔热笼体(或保温体)的底部暴露出来，坩埚2内硅熔体的热量同时向下及向侧面传送，大量的热会通过热交换台1从隔热笼体底部辐射到炉室上，且坩埚2多为方形结构，其边角与隔热笼体开度间隙距离更近，在长晶初期边角处温度散失大于坩埚2其余各处，由于坩埚侧面的辐射传热而导致铸锭边缘与中心的温度产生梯度，中心温度高而边缘温度低，形成向下凹的固液界面。

如图2所示，本实施例中，冷却主管3由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，以使流体冷却通道中的流体由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，冷却主管3的入口端31位于热交换台1下表面的中部，其出口端32位于热交换台1下表面的外侧。流体经冷却主管3的入口端31进入，由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，其间依次经过各回冷管4，最后从位于热交换台1下表面的外侧即冷却主管3的最外围末端的出口端32流出。由于流体流动方向从热交换台1下表面中部向边缘逐圈且连续旋绕流动，使得流动时间越长即越靠近热交换台1下表面边缘的流体温度被热交换台1加热而升温越高，即流体冷却通道中流体的温度由中心向边缘逐渐升高，使得坩埚2底部的散热速率从中心往边缘处递减，能抵消从中心往边缘处递增的坩埚2底部的侧向散热速率，使坩埚2内硅液在铸锭时固液界面保持水平，从而提高多晶硅铸锭的质量。

本实施例中，随冷却主管3由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，冷却主管3的内径逐渐变小。采用以上设置，使得越靠近热交换台1下表面边缘的流体冷却通道中的流量越小，进一步形成流体冷却通道中流体的温度由中心向边缘逐渐升高，抵消从中心往边缘处递增的坩埚2底部的侧向散热速率，使坩埚2内硅液在铸锭时固液界面保持水平，从而提高多晶硅铸锭的质量。

而在长晶中后期，晶体增多，液体减少，固体与各加热器之间距离在减小，且热量散失主要靠热交换平台1，长晶界面为“凸”字形，因而需要增大边角散热。

本实施例中，冷却主管3的外围与热交换台1的下表面外边沿之间形成有空间，位于该空间中的热交换台1下表面设置有外围冷却管5，外围冷却管5与冷却主管3的出口端32相连通并沿冷却主管3的旋绕趋势旋绕于冷却主管3的外围，外围冷却管5用于对热交换台1的下表面外围进行冷却。外围冷却管5与冷却主管3相连通的一端设置有外围阀门50。外围冷却管5的进流体端51位于其外围末端，外围冷却管5的出流体端52与冷却主管3的出口端32相连通。在长晶初期对热交换台1进行冷却时，可关闭外围阀门50，使流体冷却通道中的流体由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，且不进入外围冷却管5中，冷却主管3的外围与热交换台1的下表面外边沿之间形成的空间的散热速率低于热交换台1的下表面中部，利于长晶初期坩埚2内硅液在铸锭时固液界面保持水平。而在到达长晶中后期时，可打开外围阀门50，使流体沿外围冷却管5的内部由热交换台1下表面的外沿向中部流动并可流入冷却主管3的中，形成逆向流动，使得流动时间越长即越靠近热交换台1下表面中部的流体温度被热交换台1加热而升温越高，即流体冷却通道中流体的温度由边缘向中心逐渐升高，使得坩埚2底部的散热速率从边缘往中心处递减，即增大坩埚2边角散热，使坩埚2内硅液在铸锭时固液界面保持水平，从而提高多晶硅铸锭的质量。

本实施例中，冷却系统还包括冷却装置8，冷却装置8配置为对回冷管4进行冷却。冷却装置8为水箱，设置于各回冷管4的外部，各回冷管4的下部插入冷却装置8的内部，或贯穿冷却装置8。采用以上设置，可有效提高回冷管4的冷却效果，使得在回冷管4紧邻热交换台1的下表面处形成的低温冷却点的温度更低，利于形成硅孪晶结构。

需要说明的是，冷却装置8的结构不限于此。可选地，冷却装置8为包覆于回冷管4外部的水冷夹套。可选地，冷却装置8为对回冷管4进行风冷的送风机。

实施例2

实施例1中，下行管41和上行管42均为一个，即回冷管4仅为一个回折。实施例2与实施例1的区别在于：

如图5至图8所示，下行管41的数量和上行管42的数量均为至少两个。下行管41和上行管42上下端依次相连通，以形成连续的回冷管通道，且回冷管通道的首端与冷却主管3上一段相连通、回冷管通道的末端与冷却主管3下一段相连通，即形成两个回折，每一上行管42靠近热交换台1的一端均紧邻热交换台1的下表面，并在该处形成低温冷却点。采用以上设置，流体在回冷管4经两个回折降温，可进一步降低低温冷却点的温度。

本实施中，上行管42靠近热交换台1的一端通过缓冲冷却盒43与下行管41靠近热交换台1的一端相连通，缓冲冷却盒43紧邻热交换台1的下表面，并在该处形成低温冷却点。当然，回冷管4末端的上行管42靠近热交换台1的一端亦可通过缓冲冷却盒43与冷却主管3相连通。

本实施例中，每一回冷管4的其中一下行管41与上行管42在远离热交换台1的一端连接处通过第一连通管60与单冷进管6相连通；每一回冷管4的另一下行管41与上行管42在远离热交换台1的一端连接处通过第二连通管70与单冷出管7相连通；第一连通管60上均设置有第一阀门601，第二连通管70上均设置有第二阀门701，靠近第一连通管60的下行管41远离热交换台1的一端均设置有第三阀门410，靠近第二连通管70的上行管42远离热交换台1的一端均设置有第四阀门420。在第一阀门601和第二阀门701均打开，而第三阀门410、第四阀门420均关闭时，通过向单冷进管6中通入冷却流体时，单冷进管6中的流体可通过各回冷管4的第一连通管60进入上行管42而进入缓冲冷却盒43，形成低温冷却点后，进入与其连通的下行管41中，并经第二连通管70进入单冷出管7，由单冷出管7排出。从而实现仅对各缓冲冷却盒43输送冷却流体而在热交换台1下表面形成低温冷却点后，而不在冷却主管3中通入流体，利于坩埚内底部在靠近各低温冷却点处快速优先形成硅孪晶结构。在第一阀门601和第二阀门701均关闭，而第三阀门410、第四阀门420均打开时，使流体可在回冷管4和冷却主管3中流通。

本实施例中，单冷进管6进水端可通过管道与泵体(例如水泵)的出水端相连通，泵体的进水端可通过管道与冷却装置8或另外的冷却设备的出水端相连通，单冷出管7的出水端可通过管道与冷却装置8或另外的冷却设备的进水端相连通。以形成循环冷却。

实施例3

如图9和图10所示，本实施例提供了一种多晶硅铸锭炉，多晶硅铸锭炉包括实施例1或2中的多晶硅铸锭炉用冷却系统，多晶硅铸锭炉包括炉室101、位于炉室101中的隔热笼体102、位于隔热笼体102中的坩埚2、位于隔热笼体102中并位于坩埚2顶部和侧部的加热器103、位于坩埚2下方的下保温层104、支撑于热交换台1底部的支撑柱105、连接于隔热笼体102顶部的用于提升隔热笼体102的提升机构106。回冷管4向下延伸至炉室101的外部。

本实施例中的多晶硅铸锭炉由于采用了实施例1或2中的多晶硅铸锭炉用冷却系统，因而其同样具有实施例1或2技术方案带来的有益效果，在此不再重复。

实施例4

本实施例提供了一种多晶硅铸锭冷却方法，多晶硅铸锭冷却方法采用实施例2中的多晶硅铸锭炉用冷却系统，冷却方法包括步骤：

S100：在坩埚2中的硅料熔化完成而进入长晶阶段时，打开冷却系统的第一连通管60上的第一阀门601和第二连通管70上的第二阀门701，关闭冷却系统的每一回冷管4的下行管41上的第三阀门410和上行管42上的第四阀门420，通过单冷进管6向各回冷管4中通入冷却流体，使每一回冷管4在紧邻热交换台1的下表面处形成低温冷却点，从而使坩埚2中的硅熔体在接近各低温冷却点处形成硅孪晶结构，作为籽晶；

S200：关闭各回冷管4的第一阀门601和第二阀门701，打开各回冷管4的第三阀门410和第四阀门420，关闭冷却系统的外围冷却管5上的外围阀门50，向冷却系统的冷却主管3中通入冷却流体，使冷却流体沿流体冷却通道由热交换台1下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，以使热交换台1的下表面散热速率由中心往边缘处递减，使坩埚2内硅液铸锭时固液界面保持水平或趋于平坦，平直的固液界面更有利于多晶硅柱状晶垂直于结晶界面生长，抑制侧壁枝状晶的生长；

S300：在坩埚2中的硅液长晶中后期(固液界面升至坩埚中上部)，打开外围阀门50，反转流体冷却通道中的流体流动方向，向外围冷却管5中通入冷却流体，使冷却流体沿外围冷却管5由热交换台1下表面的四周外沿向中部逐圈且连续旋绕流动，以使热交换台1的下表面散热速率由边缘往中心处递减，使坩埚2内硅液铸锭时固液界面在硅液长晶中后期保持水平，从而获得高质量的多晶硅铸锭。

由以上可知，本实施例提供的多晶硅铸锭冷却方法，可使硅熔体在长晶初期在坩埚内底部快速形成硅孪晶结构，使其作为籽晶进行生产，且在长晶初期至中后期，均可使固液界面保持水平，从而利于长出高质量的多晶硅锭。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭炉用冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：

热交换台(1)，其上表面用于承载坩埚(2)；

冷却主管(3)，布置于所述热交换台(1)的下表面，所述冷却主管(3)配置为内部可供流体通过而与所述热交换台(1)进行换热；

至少一个的回冷管(4)，分别穿插于所述冷却主管(3)的各段中，且所述至少一个的回冷管(4)均与所述冷却主管(3)相连通以形成连续的流体冷却通道，所述回冷管(4)由所述热交换台(1)的下表面朝远离所述热交换台(1)的下表面延伸，以使所述冷却主管(3)中的流体流经所述回冷管(4)后温度降低并在所述回冷管(4)紧邻所述热交换台(1)的下表面处形成低温冷却点。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述回冷管(4)包括：

下行管(41)，所述下行管(41)中的流体由所述下行管(41)靠近所述热交换台(1)的一端朝远离所述热交换台(1)的一端流动；

上行管(42)，其远离所述热交换台(1)的一端与所述下行管(41)远离所述热交换台(1)的一端相连通，所述上行管(42)中的流体由所述上行管(42)远离所述热交换台(1)的一端朝靠近所述热交换台(1)的一端流动；

其中，所述上行管(42)靠近所述热交换台(1)的一端紧邻所述热交换台(1)的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于：

所述下行管(41)的数量和所述上行管(42)的数量均为至少两个；

所述下行管(41)和所述上行管(42)上下端依次相连通，以形成连续的回冷管通道，且所述回冷管通道的首端与所述冷却主管(3)上一段相连通、所述回冷管通道的末端与所述冷却主管(3)下一段相连通；

每一所述上行管(42)靠近所述热交换台(1)的一端均紧邻所述热交换台(1)的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于：

所述上行管(42)靠近所述热交换台(1)的一端通过缓冲冷却盒(43)与所述冷却主管(3)或与所述下行管(41)靠近所述热交换台(1)的一端相连通，所述缓冲冷却盒(43)紧邻所述热交换台(1)的下表面，并在该处形成所述低温冷却点。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：

所述冷却主管(3)由所述热交换台(1)下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，以使所述流体冷却通道中的流体由所述热交换台(1)下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，所述冷却主管(3)的入口端(31)位于所述热交换台(1)下表面的中部，其出口端(32)位于所述热交换台(1)下表面的外侧。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其特征在于：

随所述冷却主管(3)由所述热交换台(1)下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕，所述冷却主管(3)的内径逐渐变小。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于：

所述冷却主管(3)的外围与所述热交换台(1)的下表面外边沿之间形成有空间，位于该空间中的所述热交换台(1)下表面设置有外围冷却管(5)，所述外围冷却管(5)与所述冷却主管(3)的出口端(32)相连通并沿所述冷却主管(3)的旋绕趋势旋绕于所述冷却主管(3)的外围，所述外围冷却管(5)用于对所述热交换台(1)的下表面外围进行冷却；

所述外围冷却管(5)与所述冷却主管(3)相连通的一端设置有外围阀门(50)。

8.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于：

每一所述回冷管(4)的其中一所述下行管(41)与所述上行管(42)在远离所述热交换台(1)的一端连接处通过第一连通管(60)与单冷进管(6)相连通；

每一所述回冷管(4)的另一所述下行管(41)与所述上行管(42)在远离所述热交换台(1)的一端连接处通过第二连通管(70)与单冷出管(7)相连通；

所述第一连通管(60)上均设置有第一阀门(601)，所述第二连通管(70)上均设置有第二阀门(701)，靠近所述第一连通管(60)的所述下行管(41)远离所述热交换台(1)的一端均设置有第三阀门(410)，靠近所述第二连通管(70)的所述上行管(42)远离所述热交换台(1)的一端均设置有第四阀门(420)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括：

冷却装置(8)，所述冷却装置(8)配置为对所述回冷管(4)进行冷却。

10.一种多晶硅铸锭冷却方法，其特征在于，适用于权利要求1-9任一项所述的多晶硅铸锭炉用冷却系统，所述冷却方法包括步骤：

S100：在坩埚(2)中的硅料熔化完成而进入长晶阶段时，打开所述冷却系统的第一连通管(60)上的第一阀门(601)和第二连通管(70)上的第二阀门(701)，关闭所述冷却系统的每一回冷管(4)的下行管(41)上的第三阀门(410)和上行管(42)上的第四阀门(420)，通过单冷进管(6)向各回冷管(4)中通入冷却流体，使每一所述回冷管(4)在紧邻热交换台(1)的下表面处形成低温冷却点，从而使坩埚(2)中的硅熔体在接近各低温冷却点处形成籽晶；

S200：关闭各所述回冷管(4)的所述第一阀门(601)和所述第二阀门(701)，打开各所述回冷管(4)的所述第三阀门(410)和所述第四阀门(420)，关闭所述冷却系统的外围冷却管(5)上的外围阀门(50)，向所述冷却系统的冷却主管(3)中通入冷却流体，使冷却流体沿流体冷却通道由所述热交换台(1)下表面的中部向四周外沿逐圈且连续旋绕流动，以使所述热交换台(1)的下表面散热速率由中心往边缘处递减，使坩埚(2)内硅液铸锭时固液界面保持水平；

S300：在坩埚(2)中的硅液长晶中后期，打开所述外围阀门(50)，反转流体冷却通道中的流体流动方向，向外围冷却管(5)中通入冷却流体，使冷却流体沿外围冷却管(5)由所述热交换台(1)下表面的四周外沿向中部逐圈且连续旋绕流动，以使所述热交换台(1)的下表面散热速率由边缘往中心处递减，使坩埚(2)内硅液铸锭时固液界面保持水平。

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