CN201593073U - 一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构。它包括上炉体和下炉体,上炉体内设有带吊杆的隔热笼和上保温板,下炉体内设有由支柱支撑的下保温板和工作台,工作台上放置坩埚,坩埚上设置有盖板,盖板上方具有连接于上保温板上的顶加热器,坩埚有紧贴的内层石英坩埚和外层石墨坩埚,石墨坩埚周围有连接于上保温板上的侧加热器,工作台与隔热笼之间设有热场分割条,热场分割条通过挂钩器固定于石墨坩埚的侧壁上。隔热笼能够有效维持内部的高温环境,减少热量散失;热场分割条的设置使得热场分为上部高温区和下部低温区,有效减少了高温区的体积,能耗可降低近20%;工作台四周设置保温条,使隔热笼内保持均匀稳定且垂直的温度梯度。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅鋳锭炉热场结构的设计与开发领域,具体是一种投料为450Kg级的节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构。
背景技术
能源与环境是当今世界的两大焦点问题。传统能源的大幅利用,使得环境问题日趋严重,对人类社会的正常运行构成严重的威胁。有效利用清洁、环境友好的新能源是社会历史的必然选择。太阳能是人类取之不尽、用之不竭、环境友好的绿色可再生能源。在太阳能的有效利用当中,光电利用是近年来发展最快、最具活力的研究领域。其中,硅材料是光电利用的主要载体,硅晶体的制备是光伏电池的基础。
多晶硅铸锭炉是一种集熔化与再结晶一体的设备,用于低成本生产太阳能级多晶硅铸锭。生产中,将一定配比的多晶硅料装入石英坩埚,投入炉中,通过加热、熔化、定向长晶、退火、冷却等工艺,生产出满足要求的多晶晶锭。在这一系列工艺过程中,都要求装料的石英坩埚处于上千摄氏度的高温环境中,为了减少热量损失、降低能耗及提供合理的温度分布,我们必需要通过保温材料和支撑部件构建一个合理的高温环境。这种包含保温材料和支撑部件的整体称之为热场。合理的热场结构不仅可以降低多晶晶锭的生产能耗,也能够提供合理的热场分布,即合理的温度梯度,以生产出高品质的多晶硅晶体。
结晶界面的形状是影响多晶硅晶体品质的主要因素之一,平坦的长晶界面不仅可以得到有效直径较大的柱状晶,也可以减少晶界、降低晶体中的位错密度,从而提高电池片的性能。而现有的多晶硅铸锭炉由于结构设计上的缺陷,在长晶过程中,其结晶界面难以达到上述要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是:提供一种设计合理,能有效提高多晶硅晶锭品质的节能型多晶硅铸锭炉的热场结构。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构,包括上炉体和下炉体,上炉体内设置有带吊杆的隔热笼和上保温板,下炉体内设置有由支柱支撑的下保温板,同时支柱并支撑隔热笼内的工作台,工作台上放置坩埚,坩埚上设置有盖板,盖板上方具有连接于上保温板上的顶加热器,坩埚具有紧贴的内外两层,内层为石英坩埚,外层为石墨坩埚,石墨坩埚周围具有连接于上保温板上的侧加热器,工作台与隔热笼之间间隔均匀设置有热场分割条,热场分割条通过挂钩器固定于石墨坩埚的侧壁上。
所述的工作台四周设置有保温条,以减少工作台四周的散热,维持水平的温度梯度。
所述的下炉体内底部设置有保护毡,保护下炉体内壁。
本实用新型的有益效果是:隔热笼能够有效维持内部的高温环境,减少热量散失;热场分割条的设置使得热场分为上部高温区和下部低温区,有效减少了高温区的体积,降低了能耗;结合工作台四周保温条的设置,使得隔热笼内能够保持一个均匀稳定且垂直的温度梯度;整个长晶过程均可以维持较为平坦的结晶界面,且能耗可降低近20%。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型整体结构剖视图;
图2是本实用新型使用状态时的结构剖视图。
其中:1.吊杆,2.上炉体,3.隔热笼,4.石英坩埚,5.热场分割条,6.下炉体,7.保护毡,8.支柱,9.下保温板,10.工作台,11.保温条,12.硅料,13.侧加热器,14.连接板,15.石墨坩埚,17.盖板,18.上保温板,19.顶加热器。
具体实施方式
如图1、2所示,一种节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构,包括上炉体2和下炉体6,上炉体2内设置有带吊杆1的隔热笼3和上保温板18,下炉体6内设置有由支柱8支撑的下保温板9,同时支柱8并支撑隔热笼3内的工作台10,工作台10上放置坩埚,坩埚上设置有盖板17,盖板17上方具有连接于上保温板18上的顶加热器19,坩埚具有紧贴的内外两层,内层为石英坩埚4,外层为石墨坩埚15,石墨坩埚15周围具有连接于上保温板18上的侧加热器13,工作台10与隔热笼3之间间隔均匀设置有热场分割条5,热场分割条5通过挂钩器14固定于石墨坩埚15的侧壁上,工作台10四周设置有保温条11,下炉体6内底部设置有保护毡7。
下面结合多晶硅的生产工艺对本实用新型作进一步介绍:
石英坩埚4装满硅料12后,放置于工作台10之上,下炉体6升起与上炉体2完全闭合。隔热笼3下降与下保温板9闭合。将炉腔内抽真空,达到工艺要求的真空度时,侧加热器13和顶加热器19开始工作,由于隔热笼3的保温作用,可以将隔热笼3内的温度升高到1400多摄氏度的高温,使得几百公斤的硅料12的在十多个小时即可完全熔化。按照工艺要求,保温一定时间,使得硅料12中的杂质充分挥发,成分趋于均匀。进入长晶工艺阶段后,按照工艺设定缓缓升起隔热笼3。由于隔热笼3保温材料的作用,隔热笼3内部和外部有很大的温差,升起隔热笼3后,工作台10的底部与下炉体6在辐射换热的作用下迅速降温,使得石英坩埚4的底部因温度降低而首先结晶。同时,由于石墨坩埚15四周热场分割条5的布置,使得隔热笼3上部空间,在侧加热器13和顶加热器19的加热作用下,仍然以较低的功耗维持一个工艺要求所需要的高温环境。同时,工作台10下部的空间,由于散热作用,温度较低,这样,通过控制加热和隔热笼3的提升幅度,使得硅的结晶界面形成一个垂直的温度梯度场,维持较为平坦的结晶界面,生产出高品质的多晶硅锭。
Claims (3)
1.一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构,包括上炉体(2)和下炉体(6),上炉体(2)内设置有带吊杆(1)的隔热笼(3)和上保温板(18),下炉体(6)内设置有由支柱(8)支撑的下保温板(9),同时支柱(8)并支撑隔热笼(3)内的工作台(10),工作台(10)上放置坩埚,其特征是:坩埚上设置有盖板(17),盖板(17)上方具有连接于上保温板(18)上的顶加热器(19),坩埚具有紧贴的内外两层,内层为石英坩埚(4),外层为石墨坩埚(15),石墨坩埚(15)周围具有连接于上保温板(18)上的侧加热器(13),工作台(10)与隔热笼(3)之间间隔均匀设置有热场分割条(5),热场分割条(5)通过挂钩器(14)固定于石墨坩埚(15)的侧壁上。
2.根据权利要求1所述的一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构,其特征是:所述的工作台(10)四周设置有保温条(11)。
3.根据权利要求1所述的一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构,其特征是:所述的下炉体(6)内底部设置有保护毡(7)。
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