CN202671705U - 一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉 - Google Patents

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罗大伟
王临水
路忠林
林洪峰
张凤鸣
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Abstract

本实用新型公布了一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体，在炉体内安装有隔热笼，隔热笼内安装有定向凝固底座，在定向凝固底座上安装有石英坩埚，在石英坩埚的四周安装有石墨护板，在石墨护板上方安装有坩埚盖板，还包括穿过炉体、隔热笼、以及坩埚盖板的石墨气体套管，在石墨气体套管上安装有位于坩埚盖板上方的石墨加热器，在所述坩埚盖板底部安装有套装在石墨气体套管上的布气装置。本实用新型惰性气进入布气装置后，可以得到缓冲、分散，布气装置可以有效地抑制气体涡流的形成，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量。

Description

一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉
技术领域
本实用新型涉及一种坩埚的改进结构，具体是指一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉。
背景技术
近年来，由于铸造多晶硅较直拉单晶硅具有低成本、低能耗等优势，逐渐成为主要的光伏材料，其市场份额也日益增大。但由于铸锭过程中加热器、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、石英坩埚等发生热化学反应，产生的CO和SiO等气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而引入碳氧杂质，最终导致多晶硅中有较高的碳和氧含量，常规铸锭中硅锭氧的浓度为1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以间隙态存在呈过饱和状态。由于铸锭工艺经历了从高温到低温的热处理过程，如果氧浓度过高就容易形成热施主或氧沉淀，成为复合中心或引入复合中心的二次缺陷，导致硅材料中少数载流子寿命降低，直接影响到太阳电池的光电转换效率。此外氧与硼原子作用形成的B-O对，也会导致太阳电池效率的降低；碳浓度可达1×1017/cm3，甚至超过碳在硅中的固溶度（4×1017/cm3）。碳杂质可以作为氧沉淀的形成核心产生原生氧沉淀，而高浓度的碳可在硅熔体中形成SiC颗粒，影响硅锭的有效利用率。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。
现有技术中，石墨材料制成的护板会与二氧化硅制成的石英坩埚在高温下发生反应产生含碳气体，如一氧化碳及一氧化碳等，这些产生的气体在现有的石英坩埚及护板、盖板的结构中，会流经硅液的表面，在硅熔体的上方产生涡流，涡流的存在导致有害气体长时间停留在石英坩埚内部，与硅熔体的作用时间较长，从而使碳和氧被吸附及溶入硅液中，从而造成生长出的硅锭中的碳和氧的含量高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，解决惰性气体在硅熔体的上方产生涡流，涡流的存在导致有害气体长时间停留在石英坩埚内部，造成生长出的硅锭中的碳和氧的含量高的问题，达到降低产品的含碳量和含氧量的目的。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体，在炉体内安装有隔热笼，隔热笼内安装有定向凝固底座，在定向凝固底座上安装有石英坩埚，在石英坩埚的四周安装有石墨护板，在石墨护板上方安装有坩埚盖板，还包括穿过炉体、隔热笼、以及坩埚盖板的石墨气体套管，在石墨气体套管上安装有位于坩埚盖板上方的石墨加热器，在所述坩埚盖板底部安装有套装在石墨气体套管上的布气装置。布气装置通过周围的法兰固定在坩埚盖板上，布气装置可以改变气体的流动方式，惰性气进入布气装置后，可以得到缓冲，同时可以得到均匀的分散，同时有两个方向的气体流出，水平方向和垂直方向，布气装置可以有效地抑制气体涡流的形成，此盖板可以为惰性气体提供畅通的通道，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量，而且设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广。
所述布气装置为腔体结构，在其侧壁上开设有多个布气孔。
所述布气孔均匀分布在布气装置表面。
所述布气装置由高纯钼制成。进一步讲，采用高纯钼制成布气装置，具有熔点高、传热效果好、不易软化变形和挥发的优点，且不会对铸锭产生污染。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1本实用新型一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，布气装置可以改变气体的流动方式，惰性气进入布气装置后，可以得到缓冲，同时可以得到均匀的分散，同时有两个方向的气体流出，水平方向和垂直方向，布气装置可以有效地抑制气体涡流的形成，此盖板可以为惰性气体提供畅通的通道，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量；
2本实用新型一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，采用高纯钼制成布气装置，具有熔点高、传热效果好、不易软化变形和挥发的优点，且不会对铸锭产生污染；
3本实用新型一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为本实用新型布气装置结构放大示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1-炉体，2-隔热笼，3-升降丝杠，4-升降装置，5-石墨气体套管，6-石墨加热器，7-坩埚盖板，8-石墨护板，9-石英坩埚，10-硅熔体，11-定向凝固底座，12-隔热底板，13-支柱，14-布气装置，15-布气孔，16-惰性气源。
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，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1至2所示，本实用新型一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体1，在炉体1内安装有隔热笼2，隔热笼2上连接有升降装置4，升降装置4通过升降丝杠3来实现隔热笼2的升降，隔热笼2的底部为隔热底板12，隔热笼2内安装有定向凝固底座11，定向凝固底座11的底部由穿过隔热底板12的支柱13支撑，在定向凝固底座11上安装有石英坩埚9，石英坩埚9内部承装的是硅熔体10，在石英坩埚9的四周安装有石墨护板8，石墨护板8的高度大于石英坩埚9的高度，在石墨护板8上方安装有坩埚盖板7，坩埚盖板7固定在石墨气体套管5上，石墨气体套管5穿过炉体1、隔热笼2、以及坩埚盖板7，石墨气体套管5将外部的惰性气源16与石英坩埚9内部连通，在石墨气体套管5上安装有位于坩埚盖板7上方的石墨加热器6，在坩埚盖板7底部安装有布气装置14，布气装置14为任意形状的腔体结构，根据石墨气体套管5的形状和加工工艺的难以程度，可以采用圆柱形或者方形均比较适宜，在其侧壁上均匀地开设有多个布气孔15。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体（1），在炉体（1）内安装有隔热笼（2），隔热笼（2）内安装有定向凝固底座（11），在定向凝固底座（11）上安装有石英坩埚（9），在石英坩埚（9）的四周安装有石墨护板（8），在石墨护板（8）上方安装有坩埚盖板（7），还包括穿过炉体（1）、隔热笼（2）、以及坩埚盖板（7）的石墨气体套管（5），在石墨气体套管（5）上安装有位于坩埚盖板（7）上方的石墨加热器（6），其特征在于：在所述坩埚盖板（7）底部安装有套装在石墨气体套管（5）上的布气装置（14）。
2.根据权利要求1所述的一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述布气装置（14）为腔体结构，在其侧壁上开设有多个布气孔（15）。
3.根据权利要求1所述的一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述布气孔（15）均匀分布在布气装置（14）表面。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种布气型制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述布气装置（14）由高纯钼制成。
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