CN114645325A - 一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于多晶铸锭炉技术领域，具体为一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法，包括加热桶和一号单向模组，所述加热桶的下端设置有支撑板，所述支撑板的本体上侧镶嵌有下加热盘，所述加热桶的上方设置有可以拆卸的加热盖，所述加热盖的内腔中安装有上加热盘，所述加热桶的外侧套设有环形匀热板，所述环形匀热板的数量至少为两个，所述环形匀热板从上往下依次排列，每个所述匀热板的外侧均设置有一号加热电阻和二号加热电阻，在对加热桶进行快速散热的同时，使用本装置可以使得加热桶保留需要的梯度差以及恒温带，进而可以使得多晶硅锭在高速生产的同时，还可以保持良好的质量。

Description

一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法

技术领域

本发明涉及多晶铸锭炉技术领域，具体为一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法。

背景技术

太阳能光伏技术中光伏设施的核心是太阳能电池板，太阳能电池板用来发电的半导体材料主要是单晶硅和多晶硅。而人们在发现多晶硅铸锭后一样可以进行切片并制作太阳能电池的时候，就开始使用多晶硅代替单晶硅。与单晶硅相比，多晶铸锭炉具有成本低、产量大、容易处理的特点。从2007年开始，全球多晶硅光伏电池片的产量就超过了单晶硅，到了2010年，多晶硅的比例更加上升到了70％以上。

多晶铸锭炉在制造多晶硅锭时，其生产速度的快慢主要在于多晶硅锭的散热速度，而现有技术中散热速度可以达到较高的速度，但是多晶硅在生长过程中，固态硅的温度需要从下往上逐渐升高，液态硅的温度需要保持恒定，而散热速度过快，会导致这一平衡被打破，这样会导致生产出来的多晶硅锭质量较差，甚至无法生产出多晶硅锭，因此需要对多晶铸锭炉进行保温，使固态硅在散热时，仍可以保持良好的温度差，进而使得多晶硅锭在高速产出的同时，仍可以保持良好的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法，以解决上述背景技术中提出的现有的多晶铸锭炉在快速散热时，无法使固态硅的温度呈现需要的梯度差以及液态硅的温度保持恒定的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法，包括加热桶和一号单向模组，所述加热桶的下端设置有支撑板，所述支撑板的本体上侧镶嵌有下加热盘，所述加热桶的上方设置有可以拆卸的加热盖，所述加热盖的内腔中安装有上加热盘，所述加热桶的外侧套设有环形匀热板，所述环形匀热板的数量至少为两个，所述环形匀热板从上往下依次排列，每个所述匀热板的外侧均设置有一号加热电阻和二号加热电阻，所述一号加热电阻和二号加热电阻的外侧设置有散热板，所述一号加热电阻的电阻值从下往上依次增大，所述二号加热电阻的电阻值均相等，所述支撑板的上方右侧安装有二号单向模组，所述二号单向模组的滑块左侧安装有转接板，所述转接板的左侧安装有一号动触点和二号动触点，所述一号加热电阻相互串联，且每个所述一号加热电阻均通过导线连接有一号定触点，所述二号加热电阻相互串联，且每个所述二号加热电阻均通过导线连接有二号定触点，所述一号动触点与一号定触点相对应，所述二号动触点与二号定触点相对应，所述一号单向模组的滑块左侧安装有高度测量装置，所述高度测量装置位于加热桶的正上方。

优选的，所述高度测量装置包括探头和U型板，所述探头的上方安装有压力传感器，所述压力传感器的上方安装有下固定板，所述下固定板的上侧设置有导向柱，所述导向柱贯穿U型板并连接有上固定板，所述上固定板位于U型板的内侧，所述U型板的内侧上方安装有用于测量上固定板高度的高度测量仪，所述下固定板的上侧及上固定板的下侧均安装有与U型板连接的缓冲弹簧。

优选的，所述支撑板的上方右侧安装有支撑架，所述一号定触点和二号定触点均固定于支撑架连接。

优选的，所述支撑架的左侧安装有插排，所述一号定触点和二号定触点分别通过导线与插排固接，所述一号加热电阻和二号加热电阻分别通过导线与插排可拆卸连接。

优选的，所述支撑板的下方设置有活动车，所述加热桶的外侧设置有保温散热箱，所述一号单向模组和活动车均在保温散热箱的内侧。

一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法，该用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法：

步骤一、当加热桶内的开始长晶时，加热桶的内部开始出现固液界面，首先将通过一号单向模组控制高度测量装置下移，用高度测量装置对固液界面的高度进行测量，当高度测量装置测定固液界面高度后，一号单向模组带动高度测量装置上移复位；

步骤二、二号单向模组根据测量出的固液界面高度，带动一号动触点和二号动触点上移，使固液界面位置所在外侧的二号加热电阻所连接的二号定触点与二号动触点连接，同时该二号加热电阻所在环形匀热板下侧的环形匀热板上的一号加热电阻与一号动触点电性连接；

步骤三、通过二号加热电阻的电流保持不变，降低通过一号加热电阻的电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在加热桶的外侧设置有一号加热电阻和二号加热电阻，在固液界面上升的过程中，位于固液界面下方且电阻值不相同的一号加热电阻逐渐串联进入电路，从而使得固液界面的下方可以呈现出梯度差，另外位于固液界面下方且电阻值相同的二号加热电阻逐渐脱离串联电路，使得只有固液界面上方的二号加热电阻保留在串联电路中，进而使得固液界面的上方可以保持恒温，在对加热桶进行快速散热的同时，使用本装置可以使得加热桶保留需要的梯度差以及恒温带，进而可以使得多晶硅锭在高速生产的同时，还可以保持良好的质量。

附图说明

图1为本发明主视图剖视结构示意图；

图2为本发明图1中A处结构放大示意图；

图3为本发明图1中B处结构放大示意图；

图4为本发明高度测量装置结构示意图；

图5为本发明一号加热电阻电路连接示意图；

图6为本发明二号加热电阻电路连接示意图。

图中：1保温散热箱、2一号单向模组、3高度测量装置、31探头、32压力传感器、33下固定板、34缓冲弹簧、35导向柱、36上固定板、37U型板、4加热桶、5加热盖、6上加热盘、7散热板、8下加热盘、9活动车、11二号单向模组、12支撑架、13插排、14转接板、15匀热板、16一号加热电阻、17二号加热电阻、18一号定触点、19二号定触点、20一号动触点、21二号动触点。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法，包括加热桶4和一号单向模组2，加热桶4的下端设置有支撑板9，支撑板9的本体上侧镶嵌有下加热盘8，下加热盘8从下端对加热桶4进行加热，加热桶4的上方设置有可以拆卸的加热盖5，加热盖5的下端开设有圆锥型内腔，在对多晶硅锭进行封顶时，具备圆锥内腔的加热盖5可以降低封顶处的表面积，由于封顶处的多晶硅锭不能正常使用，降低封顶处的多晶硅锭，可以减少多晶硅锭的浪费，加热盖5的内腔中安装有上加热盘6，上加热盘6用于从下端对加热桶4进行加热，加热桶4的外侧套设有环形匀热板15，环形匀热板15的材质为石墨烯，用于使加热桶4均匀受热以及散热，环形匀热板15的高度为6～20mm，环形匀热板15的数量随着加热桶4高度的增加而增加，环形匀热板15从上往下依次排列，每个匀热板15的外侧均设置有一号加热电阻16和二号加热电阻17，一号加热电阻16和二号加热电阻17的外侧设置有散热板7，在需要散热时，散热板7可以有助于一号加热电阻16和二号加热电阻17的快速散热，支撑板9的上方右侧安装有二号单向模组11，二号单向模组11的滑块左侧安装有转接板14，转接板14的左侧安装有一号动触点20和二号动触点21，二号单向模组11用于带动转接板14上下移动，进而带动一号动触点20和二号动触点21上下移动，一号加热电阻16相互串联，使得通过一号加热电阻16的电流相同，一号加热电阻16的电阻值从下往上依次增大，在一号加热电阻16通电后，一号加热电阻16的温度会低于上侧一号加热电阻16的温度，进而形成温度差，且每个一号加热电阻16均通过导线连接有一号定触点18，一号动触点20与一号定触点18相对应，在一号动触点20上移的过程中，越来越多的一号加热电阻16被连接进电路，进而形成上高下低的温度差，二号加热电阻17相互串联，通过二号加热电阻17的电流也相同，二号加热电阻17的电阻值均相等，在二号加热电阻17通电后，其产生的热量相同，进而会产生一个恒温带，且每个二号加热电阻17均通过导线连接有二号定触点19，二号动触点21与二号定触点19相对应，随着二号动触点21的上移，离开电路的二号加热电阻17逐渐增多，下方脱离电路的二号加热电阻17不在进入电路，进而脱离恒温带，本发明中二号加热电阻17和一号加热电阻16均需要通过外界电路控制器来对其中通过的电流进行进行控制，一号单向模组2的滑块左侧安装有高度测量装置3，高度测量装置3位于加热桶4的正上方，一号单向模组2用于带动高度测量装置3上下移动，进而对加热桶4内固液界面的高度进行测量。

高度测量装置3包括探头31和U型板37，U型板37固定在一号单向模组2的滑块上，探头31的上方安装有压力传感器32，压力传感器32的上方安装有下固定板33，高度测量装置3在测量固液界面时，是依靠测量探头31撞击到固态硅的位置来判定固液界面的高度的，而当高度测量装置3的移动速度较快时，容易导致固态硅晶被撞击破裂，因此需要添加一个缓冲机构，下固定板33的上侧设置有导向柱35，导向柱35贯穿U型板37并连接有上固定板36，上固定板36位于U型板37的内侧，U型板37的内侧上方安装有用于测量上固定板36高度的高度测量仪37，下固定板33的上侧及上固定板36的下侧均安装有与U型板37连接的缓冲弹簧34，当探头31撞击到固态硅晶时，通过缓冲弹簧34的缓冲来降低探头31的撞击力，进而避免固态硅晶破裂，压力传感器32用于感受探头31的受力变化，正常状态下，探头31受到浮力作用，随着探头31下降高度的增加，浮力逐渐增大，当探头31撞击到固态硅晶时，探头31传递给压力传感器32的力会呈现不规则变化，进而判断出探头31撞击到固态硅晶，当一号单向模组2的滑块位于上极限时，令此时探头31的底部与加热桶4内腔底部的距离为H，令此时高度测量仪37测量出的上固定板36的高度S₁，在探头31触碰到固态硅时，令在此过程中，一号单向模组2的滑块下降的距离为ΔH,令此时高度测量仪37测量出的上固定板36的高度S₂，则可以计算出固液界面的高度＝H－ΔH+S₁－S₂。

支撑板9的上方右侧安装有支撑架12，一号定触点18和二号定触点19均固定于支撑架12连接，通过支撑架12使得一号定触点18和二号定触点19竖直排列。

支撑架12的左侧安装有插排13，一号定触点18和二号定触点19分别通过导线与插排13固接，一号加热电阻16和二号加热电阻17分别通过插头与插排13连接，通过插头与插排13连接，可以方便加热桶4与插排13分离。

支撑板9的下方设置有活动车10，通过活动车10可以方便将支撑板9上的加热桶4推出或送入保温散热箱1内，保温散热箱1的本体上设置有闭合门，在对加热桶4的硅原料进行熔化时，关闭闭合门，对其内部进行保温，进而避免热量散失，在需要快速散热时，可以打开闭合门，然后通过流动风带动加热桶4中的热量快速散失，一号单向模组2和活动车10均在保温散热箱1的内侧。

一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法，该用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法：

步骤一、将装有硅原料的加热桶4送入保温散热箱1，并闭合保温散热箱1的闭合门，随后通过上加热盘6、下加热盘8及二号加热电阻17对加热桶4内的硅原料进行快速熔化，在硅原料熔化完毕，需要冷却时，打开保温散热箱1的闭合门，使其通风，然后降低下加热盘8的温度，此时加热桶4的内腔底部开始长晶，即加热桶4的内部开始出现固液界面，首先将通过一号单向模组2控制高度测量装置3下移，用高度测量装置3对固液界面的高度进行测量，当高度测量装置3测定固液界面高度后，一号单向模组2带动高度测量装置3上移复位，令固液界面的高度为M；

步骤二、令单块环形匀热板15的高度为T，使NT≤M(N为最大正整数)，在测量出的固液界面高度后，二号单向模组11带动一号动触点20和二号动触点21上移，使一号动触点20与第N个(从下往上数)一号动触点20连接，使二号动触点21与第N+1个(从下往上数)二号动触点21连接；

步骤三、在一号动触点20和二号动触点21上移的过程中，通过二号加热电阻17的电流保持不变，通过一号加热电阻16的电流逐渐降低，进而使得加热桶4下端的温度越来越低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉及其生产方法，包括加热桶(4)和一号单向模组(2)，其特征在于：所述加热桶(4)的下端设置有支撑板(9)，所述支撑板(9)的本体上侧镶嵌有下加热盘(8)，所述加热桶(4)的上方设置有可以拆卸的加热盖(5)，所述加热盖(5)的内腔中安装有上加热盘(6)，所述加热桶(4)的外侧套设有环形匀热板(15)，所述环形匀热板(15)的数量至少为两个，所述环形匀热板(15)从上往下依次排列，每个所述匀热板(15)的外侧均设置有一号加热电阻(16)和二号加热电阻(17)，所述一号加热电阻(16)和二号加热电阻(17)的外侧设置有散热板(7)，所述一号加热电阻(16)的电阻值从下往上依次增大，所述二号加热电阻(17)的电阻值均相等，所述支撑板(9)的上方右侧安装有二号单向模组(11)，所述二号单向模组(11)的滑块左侧安装有转接板(14)，所述转接板(14)的左侧安装有一号动触点(20)和二号动触点(21)，所述一号加热电阻(16)相互串联，且每个所述一号加热电阻(16)均通过导线连接有一号定触点(18)，所述二号加热电阻(17)相互串联，且每个所述二号加热电阻(17)均通过导线连接有二号定触点(19)，所述一号动触点(20)与一号定触点(18)相对应，所述二号动触点(21)与二号定触点(19)相对应，所述一号单向模组(2)的滑块左侧安装有高度测量装置(3)，所述高度测量装置(3)位于加热桶(4)的正上方。

2.根据权利要求1所述的一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉，其特征在于：所述高度测量装置(3)包括探头(31)和U型板(37)，所述探头(31)的上方安装有压力传感器(32)，所述压力传感器(32)的上方安装有下固定板(33)，所述下固定板(33)的上侧设置有导向柱(35)，所述导向柱(35)贯穿U型板(37)并连接有上固定板(36)，所述上固定板(36)位于U型板(37)的内侧，所述U型板(37)的内侧上方安装有用于测量上固定板(36)高度的高度测量仪(37)，所述下固定板(33)的上侧及上固定板(36)的下侧均安装有与U型板(37)连接的缓冲弹簧(34)。

3.根据权利要求1所述的一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉，其特征在于：所述支撑板(9)的上方右侧安装有支撑架(12)，所述一号定触点(18)和二号定触点(19)均固定于支撑架(12)连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉，其特征在于：所述支撑架(12)的左侧安装有插排(13)，所述一号定触点(18)和二号定触点(19)分别通过导线与插排(13)固接，所述一号加热电阻(16)和二号加热电阻(17)分别通过导线与插排(13)可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉，其特征在于：所述支撑板(9)的下方设置有活动车(10)，所述加热桶(4)的外侧设置有保温散热箱(1)，所述一号单向模组(2)和活动车(10)均在保温散热箱(1)的内侧。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法，其特征在于：该用于生产多晶硅锭的高效多晶铸锭炉生产多晶硅锭的方法：

步骤一、当加热桶(4)内的开始长晶时，加热桶(4)的内部开始出现固液界面，首先将通过一号单向模组(2)控制高度测量装置(3)下移，用高度测量装置(3)对固液界面的高度进行测量，当高度测量装置(3)测定固液界面高度后，一号单向模组(2)带动高度测量装置(3)上移复位；

步骤二、二号单向模组(11)根据测量出的固液界面高度，带动一号动触点(20)和二号动触点(21)上移，使固液界面位置所在外侧的二号加热电阻(17)所连接的二号定触点(19)与二号动触点(21)连接，同时该二号加热电阻(17)所在环形匀热板(15)下侧的环形匀热板(15)上的一号加热电阻(16)与一号动触点(20)电性连接；

步骤三、通过二号加热电阻(17)的电流保持不变，降低通过一号加热电阻(16)的电流。

Images