CN202208779U

CN202208779U - 一种铸锭炉

Info

Publication number: CN202208779U
Application number: CN2011202682990U
Authority: CN
Inventors: 武鹏; 胡亚兰; 陈伟
Original assignee: GCL JIANGSU SILICON MATERIAL TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Xiexin Soft Control Equipment Technology Development Co.,Ltd.
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2021-07-27

Abstract

本实用新型公开了一种铸锭炉，其中，隔热笼通过提升件活动连接在上炉体上，热交换台和下隔热板上下间隔开地通过支柱固定在下炉体上并将热交换台置于隔热笼内，顶隔热板通过电极固定于上炉体上，所述电极从顶隔热板的底部延伸出来并固定有加热器，在炉室内，还具有设于下隔热板之上和热交换台之下的辅助隔热板，其通过丝杆活动连接在所述下炉体上。在加热阶段，辅助隔热板与热交换块接触，减少硅溶液通过热交换块向下散热而导致的热量损失。当本结构用于单晶硅的生产时，可以使熔化阶段固液界面较平，有利于坩埚中间和四周的单晶籽晶厚度均匀，从而提高单晶硅质量。在长晶阶段，辅助隔热板打开，与下隔热板接触，可以加快硅溶液通过热交换块散热。

Description

一种铸锭炉

技术领域

本实用新型属于铸锭炉的技术领域，具体涉及一种具有新型隔热装置的铸锭炉。

背景技术

太阳能光伏发电是目前发展最快的可持续能源利用的形式之一，近些年来在各国都得到了迅速的发展。目前，应用最为普遍的是晶体硅太阳能电池，现有的晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅片制成。单晶硅太阳能电池片转换效率高，成品质量好，然而单晶硅片同时也存在制备成本高、产量低的缺点。相比于单晶硅，定向凝固铸造法生产的多晶硅的成本较低，生产周期较短并且产量也较大，然而，其也存在缺点，如在铸锭的过程中仍旧需要耗费大量的电能，所以降低能耗是目前多晶硅片的铸锭工艺中的面临的主要任务之一。

铸锭炉是一种硅的定向凝固设备，其功能是将单晶硅或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硅锭。通过合理地设计铸锭炉内加热器的功率分布，隔热材料的位置、厚度分布等，可以改变最终单晶硅锭或多晶硅锭的晶体生长方向。

然而，从生产的角度看，铸锭炉却是一种能耗较高、工时较长的生产设备，在同样的晶体方向及晶体尺寸条件下，缩短工时、减少能耗是希望得到改善的。在现有的铸锭炉中，下隔热板始终与热交换块隔离开且中间没有任何其他的隔热元件，这样，在熔化阶段坩埚中的硅溶液会不可避免地通过热交换块向下散热而浪费热能并使工作时间加长，难以实现上述需求。另外，目前，以上述铸锭炉生产单晶硅或多晶硅的过程中，尤其对于单晶硅来说，在其熔化过程中，固液界面呈凸形，这不利于靠近坩埚边缘的单晶籽晶保护。

发明内容

针对上述问题，本实用新型对原有的铸锭炉进行了一定的改进。提供了一种新型铸锭炉，其具有辅助隔热板，应用这种铸锭炉可以降低硅熔化过程中的能耗，并且当其用于多晶硅或单晶硅生产时，可以使硅熔化过程中的固液界面变平，尤其当用于单晶硅的生产时，有利于籽晶剩余厚度的均匀性，并可以减少单晶籽晶的原始厚度，节约成本。

本实用新型通过下列技术方案解决上述问题：一种铸锭炉，其包括上炉体、下炉体，上炉体和下炉体形成炉室；在炉室内，隔热笼通过提升件活动连接在上炉体上，热交换台和下隔热板上下间隔开地通过支柱固定在下炉体上并将热交换台置于隔热笼内，顶隔热板通过电极固定于上炉体上，电极从顶隔热板的底部延伸出来并固定有加热器，在隔热笼内，坩埚位于热交换台上，加热器靠近坩埚的上部和侧部设置；在炉室内，还具有辅助隔热板，设于下隔热板之上和热交换台之下，并通过丝杆活动连接在下炉体上，在熔化阶段时，隔热笼、顶隔热板和下隔热板形成一封闭腔，辅助隔热板紧邻热交换台，在长晶阶段时，隔热笼在提升件的作用下向上运动使得隔热笼与下隔热板间隔开，辅助隔热板在丝杆的作用下向下运动使得辅助隔热板紧邻于下隔热板。

在本实用新型的一种优选实施方式中，热交换块的底部周边设置有环状的隔热条，其与辅助隔热板在熔化阶段时相适配。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该提升件为丝杆。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该热交换台为石墨助凝块。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该铸锭炉还具有坩埚护板，其用于包围所述坩埚。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该铸锭炉是用于多晶硅的熔化-凝固设备，可选择地，该铸锭炉也可以用于单晶硅的生产。

在本实用新型的一种优选实施方式中，隔热笼是由起支撑作用的钢架和起保温作用的碳毡组成，辅助隔热板所用的材料与隔热笼主体部分的材料一致。

在本实用新型的一种优选实施方式中，该坩埚由内部石英坩埚和外部石墨坩埚组成。

本实用新型中，在加热阶段，辅助隔热板与热交换块接触，其能够减少坩埚内的硅溶液通过热交换块中部向下进行热扩散而导致的热量损失，因此，当本实用新型所公开的铸锭炉用于单晶硅或多晶硅的生产时，可以使熔化阶段固液界面较平，尤其当用于单晶硅的生产时，有利于坩埚中间和四周的单晶籽晶的厚度均匀，从而提高单晶硅的成晶率。在长晶阶段，辅助隔热板向下打开，与下隔热板接触，可以加快坩埚内的硅溶液从热交换块的中间散热。

附图说明

为了解释本实用新型，将在下文中参考附图描述其示例性实施方式，附图中：

图1是本实用新型的铸锭炉在硅熔化阶段时的结构示意图；

图2是本实用新型的铸锭炉在硅长晶阶段时的结构示意图。

其中，图中的标记为：

1上炉体 2隔热笼 3提升杆 4顶隔热板

5加热器 6电极 7下炉体 8石墨支柱

9下隔热板 10热交换块 11环状隔热条 12坩埚护板

13坩埚 14辅助隔热板 15连接丝杆 16管道

17硅

具体实施方式

如图1所示，该铸锭炉包括上炉体1，隔热笼2，提升杆3，顶隔热板4，加热器5，电极6，下炉体7，石墨支柱8，下隔热板9，热交换块10，环状隔热条11，坩埚护板12，坩埚13，辅助隔热板14，丝杆15。其中，在下炉体7内的中心位置处可转动地连接有丝杆15，下隔热板9和热交换块10以从下到上的顺序支撑在石墨支柱8上。丝杆15在炉体外的部分可以由驱动机构驱动进而使得辅助隔热板14相对下隔热板9上下运动，在丝杆15的作用下，辅助隔热板14具有这样的移动范围，即，向上与热交换块10接触以及与向下与下隔热板9接触。提升杆3的两端分别以丝杆滑块的形式连接于上炉体1和隔热笼2，使得隔热笼2通过提升杆3固定在上炉体1上，提升杆3可以被外接驱动机构所驱动进而带动隔热笼2上下运动以控制隔热笼2相对下隔热板9在炉体内的升降。从图1中可以看出，隔热笼2的底部具有与下隔热板9的顶部边缘相适配的形状，这样，在提升杆3的作用下，当隔热笼2处于最低位置时，隔热笼2和下隔热板9刚好配合在一起。顶隔热板4和加热器5通过电极6悬挂在上炉体1上并固定不动，顶隔热板4的中央设有管道16，经由该管道16，可以向炉内充入氩气。在隔热笼2、下隔热板9和顶隔热板4形成的容腔中，坩埚护板12的内壁紧贴着坩埚13的外壁并被承载于热交换块10上。其中，坩埚13内容纳有待加热的硅17，加热器5靠近坩埚13的顶部和侧部布置，另外，热交换块10的底部周边还固定有环状隔热条11。

再参考图1，在通过加热器5对坩埚13内的硅17进行加热熔化的阶段，隔热笼2、顶隔热板4和下隔热板9形成封闭的加热腔，辅助隔热板14和环状隔热条11配合以阻止硅溶液通过坩埚13和热交换块10向下传热，以尽量避免由坩埚13内的硅溶液通过热交换块10向下散热而导致的热量损失。当用于单晶硅或多晶硅的铸造生产时，尤其当用于单晶硅的铸造生产时，由于辅助隔热板14和环状隔热条11配合将隔热笼2内的加热腔分为上下两个腔室并使得坩埚13内的硅溶液很难通过热交换块10向下腔室传热，因此，相对于没有辅助隔热板14和环状隔热条11的配合结构来说，坩埚13内的硅溶液的热梯度更小，从而可以使熔化阶段固液界面较平，有利于坩埚13中间和四周的单晶籽晶厚度的均匀，从而提高成晶质量。

如图2所示，在释放热量的长晶阶段，在提升杆3的作用下，隔热笼2向上运动使得在隔热笼2和下隔热板9之间出现了通往由上炉体1和下炉体7所形成的炉体的间隙，同时，辅助隔热板14在丝杆15的作用下向下打开，与下隔热板9接触。这样，可以加快坩埚13内的硅溶液从热交换块10中间散热。

本实用新型中的具有辅助隔热板的铸锭炉，在加热熔化过程中，该辅助隔热板可以阻止热量通过热交换块向下扩散从而可以降低铸锭工艺中的能耗。当本结构用于铸造单晶硅的生产时，可以使熔化阶段固液界面较平，有利于处于坩埚中间和四周的单晶籽晶的厚度均匀，从而提高单晶硅质量，有利于籽晶剩余厚度的均匀性，并可以减少单晶籽晶的原始厚度，节约成本。

上述描述虽然对本实用新型作了比较详细的说明，但是这些只是说明性的，而不是对本实用新型进行限制，应当可以理解，在本实用新型实质精神内对某一部件或部件的组合所作的任何改变或变型，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种铸锭炉，其包括上炉体、下炉体，所述上炉体和所述下炉体形成炉室；在所述炉室内，隔热笼通过提升件活动连接在所述上炉体上，热交换台和下隔热板上下间隔开地通过支柱固定在所述下炉体上并将所述热交换台置于所述隔热笼内，顶隔热板通过电极固定于所述上炉体上，所述电极从所述顶隔热板的底部延伸出来并固定有加热器，在所述隔热笼内，坩埚位于所述热交换台上，所述加热器靠近所述坩埚的上部和侧部设置；其特征在于，在所述炉室内，还具有辅助隔热板，设于所述下隔热板之上和所述热交换台之下，并通过丝杆活动连接在所述下炉体上；在熔化阶段时，所述隔热笼、所述顶隔热板和所述下隔热板形成一封闭腔，所述辅助隔热板紧邻所述热交换台；在长晶阶段时，所述隔热笼在所述提升件的作用下向上运动使得所述隔热笼与所述下隔热板间隔开，并且所述辅助隔热板在所述丝杆的作用下向下运动使得所述辅助隔热板紧邻于所述下隔热板。

2.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述热交换块的底部周边设置有环状的隔热条，其与所述辅助隔热板在熔化阶段时相适配。

3.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述提升件为丝杆。

4.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述热交换台为石墨助凝块。

5.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，还具有坩埚护板，其用于包围所述坩埚。

6.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述铸锭炉是用于单晶硅或多晶硅的熔化-凝固设备。