CN202558969U - 一种低杂质含量硅锭铸造炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低杂质含量硅锭铸造炉，包括炉体（1）、隔热笼（2）和热交换台（3），热交换台（3）上放置有坩埚（9），坩埚（9）的上端设置有一个盖板（7），所述的盖板（7）通过升降杆B（12）连接炉体（1）外部的升降装置B（19），盖板（7）的下表面贴合有一个高纯钼片（16）。本实用新型的有益效果是：将碳/碳盖板改进为可以上下调节高度的活动盖板，通过调整盖板高度使得盖板与硅熔体表面的距离维持在一定范围内，防止熔体上方氩气产生涡流现象，有效排出杂质气体，减少硅锭中的碳氧杂质；在碳/碳盖板下表面贴附一层钼片，隔绝了碳/碳盖板与硅蒸气之间的反应，大大减少了碳等杂质的产生，延长了盖板的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种低杂质含量硅锭铸造炉。
背景技术
在太阳能光伏领域，铸造多晶硅作为一种低成本材料，占据了目前50%以上的商业化晶体硅太阳能电池市场。而铸造多晶硅中存在大量氧碳等非金属杂质以及铁等过渡金属杂质，通常这些杂质原子本身或者通过与晶体缺陷相互作用，会成为少数载流子的复合中心，大大降低了少数载流子寿命，进而影响太阳能电池转换效率。同时由于大量杂质的存在，使得硅料利用率也大大降低。因此制备低碳低氧含量铸造多晶硅锭对于多晶硅太阳电池实现低成本高效率具有重要的意义。
铸锭过程中，由于加热器、隔热笼以及石墨护板等大量碳材料的使用，引入大量碳杂质。高温下，石墨部件与氧、坩埚等发生热化学反应 
，产生的CO气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而引入大量的碳氧杂质。
现有铸锭炉，通过再坩埚顶部加盖一个碳/碳复合材料盖板，盖板略大于坩埚，固定于坩埚四周的石墨护板上，盖板中间设有圆孔，使得从石墨管道流入的惰性气体氩气可导入至石墨盖板下，从而带走热场中的CO等杂质气体，使得硅料尽可能不受到热场挥发物污染。但是石墨盖板一般都是固定的(如图3所示)，且盖板与硅料的距离较大，杂质气体在盖板附近形成涡流，硅料熔化时体积减小，盖板与硅料的距离逐渐增大，当距离超过一定值之后，涡流现象更加明显，不利于杂质气体的排出，含有碳、氧杂质的气体长期滞留在熔体上部，杂质极易溶入熔体，降低了硅锭质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种低杂质含量硅锭铸造炉，解决现有的硅锭铸造炉铸造出的硅锭含有的碳氧杂质过高而导致硅锭质量低下的现象。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种低杂质含量硅锭铸造炉，
包括炉体、设置在炉体内的隔热笼以及设置在隔热笼中热交换台，所述的隔热笼通过升降杆A连接炉体外部的升降装置A，所述的热交换台上放置有一个坩埚，所述的坩埚的底部及四周分布有加热器，坩埚的上端还设置有一个盖板，所述的盖板的横截面小于坩埚的口径，炉体上端的通气口处设置有一个套管，所述的套管依次穿过隔热笼和盖板连通到坩埚中，所述的盖板通过升降杆B连接炉体外部的升降装置B，盖板的下表面贴合有一个高纯钼片。
进一步，上述的升降A和升降杆B都包括有位于炉体内的吊杆和位于炉体外的波纹管，吊杆与波纹管密封连接。
上述的高纯钼片通过钼钉固定在盖板的下表面。
上述的套管为石墨套管，套管包括两个能够相互无缝套接的管A和管B，所述的管A的上端连接炉体上端通气口，其下端无缝套接管B的上端，管B的下端固定在盖板上，且管B的下端口与盖板的下端面持平；管A和管B的总长度大于或等于盖板到炉体顶部最大距离。
所述的热交换台通过支柱进行固定，所述的支柱的一端安装在热交换台的底面，另一端穿过隔热笼安装在炉体的底部。
所述的坩埚的周边设置有石墨护板。
所述的隔热笼的下端设置有一个隔热底板。
设盖板与坩埚壁之间距离为d2，盖板与硅熔体表面的距离为d1，理论模拟表明，当d1>100mm时，将会出现涡流现象，涡流强度随距离的增加而增大；当d2>40mm时，也会出现涡流现象。上述实验得到d1范围在40~100mm，d2范围在10~40mm，可以避免涡流的生成。
本实用新型的有益效果是：
（1）将原有固定不可调的碳/碳盖板改进为可以上下调节高度的活动盖板，通过调整盖板高度使得盖板与硅熔体表面的距离在一定范围内，能够防止熔体上方氩气涡流现象的产生，从而有效地排出杂质气体，减少硅锭中的碳氧杂质；
（2）在碳/碳盖板下表面贴附了一层钼片，隔绝了盖板与硅蒸气之间的反应，大大减少了碳等杂质的产生，并延长了盖板的使用寿命。
附图说明
图1 为本实用新型的结构示意图；
图2 为本实用新型的盖板结构示意图；
图3 为使用现有盖板在石英坩埚内部产生涡流示意图；
图4 为使用本实用新型盖板在石英坩埚内部气流示意图；
图中，1-炉体，2-隔热笼，3-热交换台，4-支柱，5-隔热底板，6-加热器，7-盖板，8-石墨护板，9-坩埚，10-套管，11-硅熔体，12-升降杆B，13-吊杆，14-波纹管，15-升降杆A，16-高纯钼片，17-钼钉，18-升降装置A，19-升降装置B。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例：
【实施例】
如图1、图2所示，一种低杂质含量硅锭铸造炉，包括炉体1、设置在炉体内的隔热笼2以及设置在隔热笼2中热交换台3，所述的隔热笼2通过升降杆A15连接炉体1外部的升降装置A18，所述的热交换台3上放置有一个坩埚9，坩埚9为一个采用石英制成的圆柱状的容器，所述的坩埚9的底部及四周分布有加热器6，坩埚9的上端还设置有一个盖板7，所述的盖板7的横截面为圆形，且盖板7的横截面小于坩埚9的口径，即盖板7的侧面到坩埚9的侧壁留有缝隙，炉体1上端的通气口处设置有一个套管10，所述的套管10依次穿过隔热笼2和盖板7连通到坩埚9中，所述的盖板7通过升降杆B12连接炉体1外部的升降装置B19，盖板7的下表面贴合有一个高纯钼片16。
进一步，上述的升降A15和升降杆B12都包括有位于炉体1内的吊杆13和位于炉体1外的波纹管14，吊杆13与波纹管14密封连接，保证了隔热笼2和盖板7在升降过程中，炉体1内的密封性。
上述的高纯钼片16通过钼钉17固定在盖板7的下表面，高纯钼片(16将盖板7与下方的硅蒸气能够有效地隔离，阻止了盖板7与硅蒸气之间的化学反应，减少了碳杂质的产生，从而延长了盖板7的使用寿命。
上述的套管10为石墨套管，套管10包括两个能够相互无缝套接的管A和管B，所述的管A的上端连接炉体1上端通气口，其下端无缝套接管B的上端，管B的下端固定在盖板7上，且管B的下端口与盖板7的下端面持平，这种设计保证了密封性；管A和管B的总长度大于或等于盖板7到炉体1顶部最大距离。
所述的热交换台3通过支柱4进行固定，所述的支柱4的一端安装在热交换台3的底面，另一端穿过隔热笼2安装在炉体1的底部。
所述的坩埚9的周边设置有石墨护板8，用于支撑坩埚9。
所述的隔热笼2的下端设置有一个隔热底板5，隔热底板5起到炉体底部保温作用。
本实用新型的工作原理是：本装置在铸锭过程中，会持续向炉体1上端通气口通入惰性气体氩气，氩气通过套管10进入坩埚9内，然后氩气从盖板7的侧面和坩埚9的侧壁之间的缝隙处排出，而且氩气在排出时会从坩埚9中带走大部分CO、SiO等气体杂质，这样铸造的硅锭中含有的碳氧杂质就大大减少了。
由于液态硅密度比固态硅密度大，在硅料熔化阶段体积会逐渐变小，熔体表面会下降，盖板7到硅熔体11液面的距离会不断增大，如图4，设盖板7与坩埚4的侧壁之间距离为d2，盖板7与硅熔体11的表面的距离为d1，理论模拟表明，当d1>100mm时，将会出现涡流现象，涡流强度随距离的增加而增大；当d2>40mm时，也会出现涡流现象，并且通过实验得到d1范围在40~100mm，d2范围在10~40mm，可以避免涡流的生成。本装置选择的盖板7，其侧面到坩埚9的侧壁的距离为30mm，而且通入氩气的过程中，工作人员会通过升降装置B19控制盖板7到硅熔体11液面的距离，保证他们之间的距离为80mm，同时还增大氩气流量，即能避免涡流的产生，有效阻止杂质气体与硅熔体11的接触。
Claims (10)
1.一种低杂质含量硅锭铸造炉，包括炉体（1）、设置在炉体内的隔热笼（2）以及设置在隔热笼（2）中热交换台（3），所述的隔热笼（2）通过升降杆A（15）连接炉体（1）外部的升降装置A（18），所述的热交换台（3）上放置有一个坩埚（9），所述的坩埚（9）的底部及四周分布有加热器（6），坩埚（9）的上端还设置有一个盖板（7），所述的盖板（7）的横截面小于坩埚（9）的口径，炉体（1）上端的通气口处设置有一个套管（10），所述的套管（10）依次穿过隔热笼（2）和盖板（7）连通到坩埚（9）中，其特征在于：所述的盖板（7）通过升降杆B（12）连接炉体（1）外部的升降装置B（19），盖板（7）的下表面贴合有一个高纯钼片（16）。
2.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的升降A（15）和升降杆B（12）都包括有位于炉体（1）内的吊杆（13）和位于炉体（1）外的波纹管（14）。
3.根据权利要求2所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的吊杆（13）与波纹管（14）密封连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的高纯钼片（16）通过钼钉（17）固定在盖板（7）的下表面。
5.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的套管（10）为石墨套管。
6.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的套管（10）包括两个能够相互无缝套接的管A和管B，所述的管A的上端连接炉体（1）上端通气口，其下端无缝套接管B的上端，管B的下端固定在盖板（7）上，且管B的下端口与盖板（7）的下端面持平。
7.根据权利要求1或6所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的管A和管B的总长度大于或等于盖板（7）到炉体（1）顶部最大距离。
8.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的热交换台（3）通过支柱（4）进行固定，所述的支柱（4）的一端安装在热交换台（3）的底面，另一端穿过隔热笼（2）安装在炉体（1）的底部。
9.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的坩埚（9）的周边设置有石墨护板（8）。
10.根据权利要求1所述的一种低杂质含量硅锭铸造炉，其特征在于，所述的隔热笼（2）的下端设置有一个隔热底板（5）。
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| CN105648525A (zh) * | 2014-11-17 | 2016-06-08 | 镇江荣德新能源科技有限公司 | 用于多晶硅定向凝固工艺的多晶炉 |
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