CN202415746U - 铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于晶体硅生产的一种铸锭炉，包括：设有炉室的炉体；及安装在所述炉室中的隔热笼，所述隔热笼上设有连通隔热笼内外空间的弯曲气道。本实施方式的铸锭炉的隔热笼上排放气体的气道呈弯曲状，能够实现排放气体及减少热量损失的目的，同时又改善了在高温加热熔化阶段密封环境下气流复杂的混乱状态，大量减少了CO和SiO等气体进入硅液中的几率，从而能降低氧碳等杂质含量，提高硅片质量。

Description

铸锭炉

【技术领域】

本实用新型涉及晶体硅生产领域，特别涉及一种铸锭炉。

【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，提高电池转化效率和降低太阳能发电成本一直是太阳能领域的两大奋斗目标。晶体硅片中的氧碳杂质影响电池片转换效率，在目前占主流的掺硼晶体硅片中，氧杂质会引起电池片转换效率的衰减，而碳杂质会产出硬质点并且碳沉淀还会引起漏电流进而影响转换效率。所以降低氧碳含量等杂质一直是硅锭生产的主要努力技术目标和重要而艰巨的任务之一。目前业界普遍接受的一种氧碳进入硅中的机制是：硅中的氧碳杂质主要分别来自于石英坩埚和热场中的石墨材料，其机理如下，Si+SiO2→SiO和C+SiO→SiC+CO，在此过程中SiO和CO气体渗入硅中从而把氧原子和碳原子带入硅中。在多晶硅铸锭过程的熔化阶段，由于铸锭炉的隔热笼闭合，内部气流的流向较为混乱，同时硅的液态以及温度高的环境，更容易使杂质渗入，从而导致硅锭中氧碳等杂质含量偏高。

铸锭炉是一种硅的定向凝固设备，其功能是将多晶硅料装入坩埚中后直接投入铸锭炉中，按照设定工艺经过熔化、定向结晶、退火及冷却几个阶段后成为有一定晶体生长方向的硅锭。在上述几个过程中，加热和熔化阶段中，隔热笼闭合以防止热量流失；到结晶阶段，隔热笼打开实现定向凝固。最重要的两个阶段为熔化阶段和长晶阶段，熔化阶段是将固态硅料加热到熔点后保持温度一段时间让固态硅料完全融化，此时需要隔热笼闭合，同时为了保持一定的气压需要向里面输入氩气。此时由于温度很高，密封的环境下气体种类多且流向复杂，这样的环境容易导致大量气体如CO、SiO等气体进入硅液中，从而导致大量氧碳等杂质的引入。

【实用新型内容】

基于此，有必要提供一种能够降低硅片中氧碳等杂质含量的铸锭炉。

为此，提出一种铸锭炉，包括：设有炉室的炉体；及安装在所述炉室中的隔热笼，所述隔热笼上设有连通隔热笼内外空间的弯曲气道。

在较佳的实施例中，所述隔热笼上设有用以供气体在隔热笼的内外空间进行流通的隔热气体筛，所述隔热气体筛包括贯穿所述隔热笼的保温材料，所述保温材料内部形成有多个对向延伸且交错排列的气体筛筛叶，所述多个气体筛筛叶之间间隔设置且所述多个气体筛筛叶分别与所述保温材料的剩余部分间隔设置以形成所述弯曲气道。

在较佳的实施例中，所述多个气体筛筛叶与所述保温材料的剩余部分呈锐角设置或相对于水平面倾斜设置。

在较佳的实施例中，所述气体筛筛叶呈方形或锯齿形或扇形，或方形、锯齿形及扇形中任意两种形状的混合形或三种形状的混合形。

在较佳的实施例中，所述炉体包括上炉体及与所述上炉体共同形成所述炉室的下炉体，所述隔热笼活动连接于所述上炉体。

在较佳的实施例中，所述炉室内设有固定在所述炉体上的石墨支柱及固定在所述石墨支柱上的热交换台，所述热交换台位于所述隔热笼内；所述铸锭炉还包括固定在所述石墨支柱上、用以与所述隔热笼贴合后防护所述热交换台的底隔热板，及固定在所述炉体上用以与所述隔热笼贴合的顶隔热板，所述顶隔热板、底隔热板及所述隔热笼共同形成用以容纳所述热交换台的空腔。

在较佳的实施例中，所述顶隔热板固定在所述上炉体上，所述顶隔热板上设有用以向所述炉室充氩气的管道。

在较佳的实施例中，还包括置于隔热笼内的顶加热器及侧加热器，其中所述顶加热器与所述顶隔热板相对设置，所述侧加热器置于所述顶加热器的一侧。

在较佳的实施例中，还包括将所述顶加热器及侧加热器悬挂在所述上炉体上的电极。

在较佳的实施例中，所述隔热笼包括钢架和附在所述钢架上的毡垫。

本实用新型的有益效果如下：隔热笼上排放气体的气道呈弯曲状，能够实现排放气体及减少热量损失的目的，同时又改善了在高温加热熔化阶段密封环境下气流复杂的混乱状态，大量减少了CO和SiO等气体进入硅液中的几率，从而能降低氧碳等杂质含量，提高硅片质量。

【附图说明】

图1为本实施方式的铸锭炉的结构示意图；

图2为图1中圆圈部分的放大图。

【具体实施方式】

下面结合附图1至附图2，详细说明本实施方式的铸锭炉的结构。

如图1所示，本实施方式的铸锭炉包括热交换台1、隔热气体筛4、隔热笼5、顶隔热板6、上炉体7、管道8、提升杆9、顶加热器10、侧加热器11、坩埚护板12、底隔热板13、下炉体14、石墨支柱15及气体筛筛叶16。

下炉体14上固定有石墨支柱15，底隔热板13和热交换台1依自下至上的顺序分别固定在石墨支柱15上，其中热交换台1位于隔热笼5内，如此，底隔热板13可以自下方与隔热笼5紧密贴合，并自下方将热交换台1封闭在隔热笼5内。顶隔热板6系通过电极悬挂在上炉体7上，用以自上方与隔热笼5紧密贴合，以自上方将热交换台1封闭在隔热笼5内。

上炉体7系和下炉体14组合在一起形成一个完整的具有炉室的炉体，隔热笼5等其他元件系置于炉体的炉室内。具体而言，提升杆9的两端分别以丝杆滑块的形式连接于上炉体7和隔热笼5，使得隔热笼5通过提升杆9固定在上炉体7上，提升杆9可以被外接驱动机构所驱动进而带动隔热笼5上下运动以控制隔热笼5相对于底隔热板13在炉体内的升降。顶隔热板6、底隔热板13及隔热笼5贴合在一起后将形成可容纳热交换台1的封闭的加热腔，以适应硅片生产时熔化阶段的工艺要求。隔热笼5可在外接驱动机构的带动下相对于底隔热板13在炉体内上升，以适应硅锭生产时结晶阶段的工艺要求。

顶隔热板6下方还设有通过电极悬挂固定在上炉体7上的顶加热器10及侧加热器11，其中顶加热器10系与顶隔热板6处于相对的状态；侧加热器11有两处，分别位于顶加热器10的两侧并向下延伸。热交换台1的两端设有坩埚护板12。如此，当放有硅料2的坩埚3放置到热交换台1上时，坩埚护板12将定位并保护坩埚3，两处侧加热器11又分别位于两坩埚护板12的外侧，顶加热器10则位于坩埚3上方，即顶加热器10和侧加热器11分别靠近坩埚3的顶部和侧部布置，以对硅料2进行加热。顶隔热板6的中央设有管道8，经由该管道8可以向炉体内部充入氩气。

本实施方式中，隔热笼5的侧壁上设有贯穿隔热笼5的侧壁以连通隔热笼5的内外空间的弯曲气道。如此，在通过顶加热器10和侧加热器11对坩埚3内的硅料2进行加热熔化的阶段，隔热笼5、顶隔热板6和底隔热板13形成封闭的加热腔，在腔内经由管道8向炉内充入氩气，在持续的进气量和设定的气压控制下，氩气经过坩埚3中硅料2上层向四周流动，最后经隔热笼5的弯曲气道排出，同时将大量在这种高温环境下产生的杂质气体排出。单晶硅或多晶硅的铸造生产时，在弯曲气道的作用下，相对于原先封闭的环境，将大量混杂气流按照一定的流向排放，可大幅降低氧碳等杂质含量。同时由于气体要排放，所以在进气气体流量以及气压控制上需作出调整，从而达到满足要求的混杂气体排放量，另外由于弯曲气道的设置，在排气过程中由于气体流失仅会造成较少部分的热量损失。并且，本实施方式的的具有该隔热笼5结构的铸锭炉，在后续的长晶以及退火过程中，该弯曲气道几乎对硅锭不产生影响。

弯曲气道是这样形成的，在隔热笼5的侧壁的局部位置设置隔热气体筛4结构，隔热气体筛4是在隔热笼5上与隔热笼5一体的结构，其面积较小，约占隔热笼面积的1/30。在本实施方式中，隔热气体筛4包括贯穿隔热笼5的保温材料，所述保温材料内部形成有多个对向延伸且交错排列的气体筛筛叶16，其中多个气体筛筛叶16之间间隔设置，且多个气体筛筛叶16分别与保温材料的其他部分间隔设置。气体筛筛叶16可以是方形、锯齿形、扇形等形状，也可以是这些结构组合的混合形，如此，隔热气体筛4可形成多种形式的弯曲气道，如方波形的气道。优选地，多个气体筛筛叶16与保温材料的其他部分呈锐角设置，换言之，当隔热笼5如附图1放置时，气体筛筛叶16系相对于水平面倾斜设置，以便于气体排出。在本实施方式中，隔热气体筛4中的每片筛叶之间的距离占隔热笼厚度的1/8～1/6，形成总共2～8片筛叶结构的隔热气体筛4。这样在加热熔化阶段注意气体控制气压和流量，使隔热笼5内外形成压力差以利于气体排放。在本实施方式中，隔热笼5是由起支撑作用的钢架和起保温作用的碳毡组成，隔热笼5中的隔热气体筛4所用材料与隔热笼5主体部分的材料一致。

本实施方式的具有隔热气体筛4装置的隔热笼5的铸锭炉用于单晶硅或多晶硅的生产时，可以通过在不同时段适当地改变气流量和气压来实现气体流向的有效控制，改善了原来在高温加热熔化阶段密封环境下气流复杂的混乱状态，大量减少了CO和SiO等气体进入硅液中的几率，从而降低氧碳等杂质含量，提高硅片质量。

上述所列具体实现方式为非限制性的，对于本领域的技术人员来说，在不偏离本实用新型范围内，进行的各种改进和变化，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸锭炉，其特征在于，包括：

设有炉室的炉体；

安装在所述炉室中的隔热笼，所述隔热笼上设有连通隔热笼内外空间的弯曲气道。

2.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述隔热笼上设有用以供气体在隔热笼的内外空间进行流通的隔热气体筛，所述隔热气体筛包括贯穿所述隔热笼的保温材料，所述保温材料内部形成有多个对向延伸且交错排列的气体筛筛叶，所述多个气体筛筛叶之间间隔设置且所述多个气体筛筛叶分别与所述保温材料的剩余部分间隔设置以形成所述弯曲气道。

3.根据权利要求2所述的铸锭炉，其特征在于，所述多个气体筛筛叶与所述保温材料的剩余部分呈锐角设置或相对于水平面倾斜设置。

4.根据权利要求2所述的铸锭炉，其特征在于，所述气体筛筛叶呈方形或锯齿形或扇形，或方形、锯齿形及扇形中任意两种形状的混合形或三种形状的混合形。

5.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述炉体包括上炉体及与所述上炉体共同形成所述炉室的下炉体，所述隔热笼活动连接于所述上炉体。

6.根据权利要求5所述的铸锭炉，其特征在于，所述炉室内设有固定在所述炉体上的石墨支柱及固定在所述石墨支柱上的热交换台，所述热交换台位于所述隔热笼内；所述铸锭炉还包括固定在所述石墨支柱上、用以与所述隔热笼贴合后防护所述热交换台的底隔热板，及固定在所述炉体上用以与所述隔热笼贴合的顶隔热板，所述顶隔热板、底隔热板及所述隔热笼共同形成用以容纳所述热交换台的空腔。

7.根据权利要求6所述的铸锭炉，其特征在于，所述顶隔热板固定在所述上炉体上，所述顶隔热板上设有用以向所述炉室充氩气的管道。

8.根据权利要求6所述的铸锭炉，其特征在于，还包括置于隔热笼内的顶加热器及侧加热器，其中所述顶加热器与所述顶隔热板相对设置，所述侧加热器置于所述顶加热器的一侧。

9.根据权利要求8所述的铸锭炉，其特征在于，还包括将所述顶加热器及侧加热器悬挂在所述上炉体上的电极。

10.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述隔热笼包括钢架和附在所述钢架上的保温毡垫。

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