CN112064113B - 一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，属于多晶硅铸锭技术领域，其技术方案要点是，包括配套设置的炉体和炉盖，炉体的内部通过拉锭机构支撑设置有石墨坩埚，石墨坩埚用于盛装多晶硅原料、高温熔化后的硅液以及借助定向凝固法凝固成型的多晶硅锭，多晶硅锭由分层凝固在一起的多晶硅层和杂质层构成，炉体的内部还设置有发热机构，炉盖上从外界通入有进气管，进气管对准石墨坩埚的开口，炉盖为可升降结构，其借助升降机构来进行升降活动，且其内侧设有取锭机构。该种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉同时兼具多种功能，完善了传统多晶硅铸锭炉的夹取、定位功能，使用起来更加便捷，并且使用期间也无需再进行额外的设备投入。

Description

一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭技术领域，具体为一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉。

背景技术

太阳能光伏产业作为一种高新技术产业在近些年发展迅速，在各类太阳能电池中，晶体硅(单晶、多晶)太阳能电池占有极其重要的地位，目前占据了光伏市场75％以上的份额。太阳能光伏产业的发展依赖于对多晶硅原料的提纯。在对多晶硅原料进行提纯的过程中，存在一个关键的、必不可少的环节，就是对多晶硅原料进行定向凝固提纯，所用到的定向凝固技术广泛应用于冶金提纯领域。利用多晶硅原料中硅与杂质之间的分凝系数存在较大差异的这一特点，在凝固过程中，坩埚底端的硅液首先开始凝固，为达到分凝平衡，分凝系数小的杂质从凝固的硅中向液态不断扩散分离出来而聚集在液态，随着凝固不断进行，杂质在液态中的浓度越来越高，最后凝固成型为一个包含多晶硅层和杂质层的多晶硅锭，其中杂质层凝固在多晶硅层的顶端，凝固完成后在较高温度下保温一段时间，使各成分充分扩散以达到分凝平衡，最后将杂质层切除，得到提纯的多晶硅。多晶硅锭凝固成型之后，需要将其从坩埚中取出，再将其杂质层切除，但在实际生产过程中，将多晶硅锭从坩埚中取出需要借助专门的夹取工具，而且整个过程费时费力，不易操作，并且在切除杂质层时，还需要借助专门的治具来对多晶硅锭进行定位，不但操作步骤繁琐，并且还需要进行额外的设备投入。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，以解决上述问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，包括配套设置的炉体和炉盖，所述炉体的内部通过拉锭机构支撑设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚用于盛装多晶硅原料、高温熔化后的硅液以及借助定向凝固法凝固成型的多晶硅锭，所述多晶硅锭由分层凝固在一起的多晶硅层和杂质层构成，所述炉体的内部还设置有发热机构，所述炉盖上从外界通入有进气管，所述进气管对准所述石墨坩埚的开口，所述炉盖为可升降结构，其借助升降机构来进行升降活动，且其内侧设有取锭机构；所述取锭机构包括有取锭筒和调节筒，所述取锭筒的一端与所述炉盖固定连接，另一端与所述石墨坩埚的顶部边缘配合接触，且所述取锭筒的侧壁内一上一下分别开设有沿径向贯通设置的第一腔体和第三腔体，还开设有沿轴向设置且联通所述第一腔体和所述第三腔体的第二腔体，三者共同构成Z字型空腔，该空腔内部设置有呈L型的压紧件以及呈直板状的定位件，二者组合呈与该空腔形状相匹配的Z字型结构，其中所述压紧件的一端从所述第一腔体内延伸至所述取锭筒的外侧，另一端延伸至所述第三腔体内，且在该空腔内，所述压紧件可沿着所述取锭筒的轴向进行滑动，所述定位件则设置在所述第三腔体内，所述压紧件的端部与所述定位件的顶部配合接触，所述调节筒螺纹套接在所述取锭筒上，且所述调节筒位于所述压紧件的上方。

进一步的，带动所述炉盖进行升降活动的升降机构包括有两块下支撑板、两块上支撑板和两个电动气缸，其中两块所述下支撑板分别固定安装在所述炉体外壁的两侧，两块所述上支撑板分别固定安装在所述炉盖外壁的两侧，每个所述电动气缸均设于一块所述下支撑板和一块所述上支撑板之间。

进一步的，所述取锭筒靠近所述石墨坩埚一端的外缘开设有环形槽，该端的轴向截面呈台阶状，且该台阶状结构与所述石墨坩埚的顶部形状相配合。

进一步的，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体均至少开设有两个，三者在所述取锭筒上构成多个等高的Z字型空腔。

进一步的，所述定位件靠近所述压紧件的一侧开设有卡槽，所述卡槽与所述压紧件的端部卡接配合。

进一步的，所述定位件远离所述取锭筒轴心的一端开设有拉槽。

进一步的，所述炉体的内部还设置有由碳毡材质制成的保温机构，所述保温机构呈圆筒状，其将所述发热机构和所述石墨坩埚包围起来。

进一步的，所述进气管内通入的是氩气。

进一步的，所述石墨坩埚和取锭筒的内壁以及所述定位件的外壁均涂有高温润滑剂。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

该种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，设置有一个取锭机构，多晶硅锭在凝固完成之后会与取锭机构凝为一体，借助炉盖的升降可驱动取锭机构的升降，由此带动整个多晶硅锭从石墨坩埚中移出，期间不需要额外借助夹取工具来将多晶硅锭取出，省时省力，操作简单，并且取锭机构也可充当对多晶硅锭进行定位的治具，便于对多晶硅锭上杂质层的切除，取锭机构可通过转动调节筒来控制是否对多晶硅锭进行定位作用，由此来实现对杂质层的卸料，综上，本发明能够同时兼具多种功能，完善了传统多晶硅铸锭炉的夹取、定位功能，使用起来更加便捷，并且使用期间也无需再进行额外的设备投入。

附图说明

图1为本发明铸锭过程的整体剖面结构图；

图2为本发明取锭过程的整体剖面结构图；

图3为图2A处的放大结构示意图；

图4为本发明的取锭机构对多晶硅锭进行固定定位时的剖面结构图；

图5为本发明的取锭机构不对多晶硅锭进行固定定位时的剖面结构图；

图6为图5B处的放大结构示意图。

图中：1、炉体；2、炉盖；3、下支撑板；4、上支撑板；5、电动气缸；6、拉锭机构；7、石墨坩埚；8、多晶硅层；9、杂质层；10、保温机构；11、发热机构；12、进气管；13、取锭筒；14、调节筒；15、压紧件；16、定位件；17、第一腔体；18、第二腔体；19、第三腔体；20、卡槽；21、拉槽。

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1-6，一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，包括配套设置的炉体1和炉盖2，炉体1的内部通过拉锭机构6支撑设置有石墨坩埚7，石墨坩埚7用于盛装多晶硅原料、高温熔化后的硅液以及借助定向凝固法凝固成型的多晶硅锭，多晶硅锭由分层凝固在一起的多晶硅层8和杂质层9构成，炉体1的内部还设置有发热机构11，炉盖2上从外界通入有进气管12，进气管12对准石墨坩埚7的开口，炉盖2为可升降结构，其借助升降机构来进行升降活动，且其内侧设有取锭机构；取锭机构包括有取锭筒13和调节筒14，取锭筒13的一端与炉盖2固定连接，另一端与石墨坩埚7的顶部边缘配合接触，且取锭筒13的侧壁内一上一下分别开设有沿径向贯通设置的第一腔体17和第三腔体19，还开设有沿轴向设置且联通第一腔体17和第三腔体19的第二腔体18，三者共同构成Z字型空腔，该空腔内部设置有呈L型的压紧件15以及呈直板状的定位件16，二者组合呈与该空腔形状相匹配的Z字型结构，其中压紧件15的一端从第一腔体17内延伸至取锭筒13的外侧，另一端延伸至第三腔体19内，且在该空腔内，压紧件15可沿着取锭筒13的轴向进行滑动，定位件16则设置在第三腔体19内，定位件16与第三腔体19之间设有相互限位的凸缘(图中未示出)，用于防止定位件16被完全从第三腔体19内移出，压紧件15的端部与定位件16的顶部配合接触，调节筒14螺纹套接在取锭筒13上，且调节筒14位于压紧件15的上方。

通过以上技术方案，在生产多晶硅锭时，首先将定位件16沿着第三腔体19进行移动，直至定位件16凸出至取锭筒13的内侧，然后旋转调节筒14，借助调节筒14下压压紧件15，从而利用压紧件15来将定位件16进行压紧定位(此时为如图4所示状态)，接着将多晶硅原料放置在石墨坩埚7内，再将炉盖2盖在炉体1上，此时取锭筒13的端部对准并紧紧抵住石墨坩埚7的开口，而且此时定位件16也凸至石墨坩埚7开口端的内侧(此时为如图1所示状态)，再接着，通过发热机构11在炉体1内发热形成能够使多晶硅原料熔化成硅液的高温环境，并通过定向凝固提纯的方法得到由多晶硅层8和杂质层9构成的多晶硅锭，凝固成型之后的多晶硅层8和杂质层9由下至上依次分层，其中定位件16伸入至杂质层9内并凝固成一体，然后，调节炉盖2上升，炉盖2带动整个取锭机构也一起上升，取锭机构在上升期间将整个多晶硅锭从石墨坩埚7中取出(此时为如图2所示状态)，期间不需要额外借助夹取工具来将多晶硅锭取出，省时省力，操作简单，并且取出之后的多晶硅锭被取锭机构牢牢定位住，在切除杂质层9的过程中，取锭机构可充当对多晶硅锭进行定位的治具，无需额外借助治具，便于对多晶硅锭上杂质层9的切除，接着，待到杂质层9与多晶硅层8被切割分离之后，杂质层9会留在取锭机构上，此时可再次旋转调节筒14，使调节筒14不再压迫压紧件15，从而此时定位件16也不再受到压紧件15的压紧定位，此时的定位件16可重新沿着第三腔体19进行移动，最后，移动定位件16，使定位件16从凝固的杂质层9中拔出，此时的杂质层9不再被定位件16定位，从而此时可以将杂质层9从取锭机构上卸下，以进行下一次的铸锭操作。本发明能够同时兼具多种功能，完善了传统多晶硅铸锭炉的夹取、定位功能，使用起来更加便捷，并且使用期间也无需再进行额外的设备投入。

进一步的，如图1和图2所示，带动炉盖2进行升降活动的升降机构包括有两块下支撑板3、两块上支撑板4和两个电动气缸5，其中两块下支撑板3分别固定安装在炉体1外壁的两侧，两块上支撑板4分别固定安装在炉盖2外壁的两侧，每个电动气缸5均设于一块下支撑板3和一块上支撑板4之间，两个电动气缸5同步运行，实现将炉盖2撑起与放下，从而实现对炉盖2的升降调节。

进一步的，如图1和图2所示，取锭筒13靠近石墨坩埚7一端的外缘开设有环形槽，该端的轴向截面呈台阶状，且该台阶状结构与石墨坩埚7的顶部形状相配合，该结构实现当取锭筒13与石墨坩埚7接触配合之后，取锭筒13的端部能够伸入一部分至石墨坩埚7的内侧，从而实现定位件16能够处于石墨坩埚7的内侧，确保定位件16能够处于石墨坩埚7内硅液的液位之下，进而确保定位件16最后能够与杂质层9凝固成一体。

进一步的，第一腔体17、第二腔体18和第三腔体19均至少开设有两个，三者在取锭筒13上构成多个等高的Z字型空腔，从而确保压紧件15和定位件16能够设置至少两组，以提升取锭机构对多晶硅锭的固定和定位效果。

进一步的，如图4-6所示，定位件16靠近压紧件15的一侧开设有卡槽20，卡槽20与压紧件15的端部卡接配合，通过二者的相互配合，能够避免压紧件15在压紧定位件16时出现打滑的情况，提升了定位件16与压紧件15相互作用的牢固性。

进一步的，如图4-6所示，定位件16远离取锭筒13轴心的一端开设有拉槽21，操作人员可借助拉槽21来拉动调节定位件16的位置，操作起来十分方便。

进一步的，如图1和图2所示，炉体1的内部还设置有由碳毡材质制成的保温机构10，保温机构10呈圆筒状，其将发热机构11和石墨坩埚7包围起来。

进一步的，进气管12内通入的是氩气，氩气属于惰性气体，在高温环境下不会与多晶硅发生反应，通入氩气能够加快硅液中杂质的上浮，从而使除杂更加快速与彻底。

进一步的，石墨坩埚7和取锭筒13的内壁以及定位件16的外壁均涂有高温润滑剂，这样能够有效防止凝固成型之后的多晶硅锭与石墨坩埚7、取锭筒13以及定位件16发生粘结。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，包括配套设置的炉体（1）和炉盖（2），所述炉体（1）的内部通过拉锭机构（6）支撑设置有石墨坩埚（7），所述石墨坩埚（7）用于盛装多晶硅原料、高温熔化后的硅液以及借助定向凝固法凝固成型的多晶硅锭，所述多晶硅锭由分层凝固在一起的多晶硅层（8）和杂质层（9）构成，所述炉体（1）的内部还设置有发热机构（11），所述炉盖（2）上从外界通入有进气管（12），所述进气管（12）对准所述石墨坩埚（7）的开口，其特征在于：

所述炉盖（2）为可升降结构，其借助升降机构来进行升降活动，且其内侧设有取锭机构；

所述取锭机构包括有取锭筒（13）和调节筒（14），所述取锭筒（13）的一端与所述炉盖（2）固定连接，另一端与所述石墨坩埚（7）的顶部边缘配合接触，且所述取锭筒（13）的侧壁内一上一下分别开设有沿径向贯通设置的第一腔体（17）和第三腔体（19），还开设有沿轴向设置且联通所述第一腔体（17）和所述第三腔体（19）的第二腔体（18），三者共同构成Z字型空腔，该空腔内部设置有呈L型的压紧件（15）以及呈直板状的定位件（16），二者组合呈与该空腔形状相匹配的Z字型结构，其中所述压紧件（15）的一端从所述第一腔体（17）内延伸至所述取锭筒（13）的外侧，另一端延伸至所述第三腔体（19）内，且在该空腔内，所述压紧件（15）可沿着所述取锭筒（13）的轴向进行滑动，所述定位件（16）则设置在所述第三腔体（19）内，所述压紧件（15）的端部与所述定位件（16）的顶部配合接触，所述调节筒（14）螺纹套接在所述取锭筒（13）上，且所述调节筒（14）位于所述压紧件（15）的上方；

所述定位件（16）可沿着所述第三腔体（19）进行移动，所述定位件（16）在沿着所述第三腔体（19）移动的过程中，可凸出至所述取锭筒（13）的内侧，也可凸出至所述石墨坩埚（7）开口端的内侧；

所述取锭筒（13）靠近所述石墨坩埚（7）一端的外缘开设有环形槽，该端的轴向截面呈台阶状，且该台阶状结构与所述石墨坩埚（7）的顶部形状相配合。

2.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：带动所述炉盖（2）进行升降活动的升降机构包括有两块下支撑板（3）、两块上支撑板（4）和两个电动气缸（5），其中两块所述下支撑板（3）分别固定安装在所述炉体（1）外壁的两侧，两块所述上支撑板（4）分别固定安装在所述炉盖（2）外壁的两侧，每个所述电动气缸（5）均设于一块所述下支撑板（3）和一块所述上支撑板（4）之间。

3.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第一腔体（17）、第二腔体（18）和第三腔体（19）均至少开设有两个，三者在所述取锭筒（13）上构成多个等高的Z字型空腔。

4.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述定位件（16）靠近所述压紧件（15）的一侧开设有卡槽（20），所述卡槽（20）与所述压紧件（15）的端部卡接配合。

5.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述定位件（16）远离所述取锭筒（13）轴心的一端开设有拉槽（21）。

6.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述炉体（1）的内部还设置有由碳毡材质制成的保温机构（10），所述保温机构（10）呈圆筒状，其将所述发热机构（11）和所述石墨坩埚（7）包围起来。

7.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气管（12）内通入的是氩气。

8.根据权利要求1所述的一种便于去除杂质层的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述石墨坩埚（7）和取锭筒（13）的内壁以及所述定位件（16）的外壁均涂有高温润滑剂。

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