CN202688501U - 单晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单晶硅铸锭炉，包括炉体，位于炉体内的石墨护板和坩埚，以及套设在石墨护板外围，靠近坩埚内的固液生长界面，且能随着固液生长界面的上升而移动的保温框，保温框远离石墨护板的一侧与设置在炉体内部的隔热笼之间具有间隙。本实用新型中，用不与隔热笼接触的保温框取代将热场隔离成两部分的挡板，在保温框移动时不会对热场的整体温度造成较大的影响，且在其保温作用下保证了固液生长界面附近的坩埚侧壁温度不会过冷，进而在不会大幅影响整个热场温度梯度的前提下，避免了靠近坩埚侧壁的固液生长界面形成凹形而导致侧壁成核向内生长多晶硅晶体，保证了生成的单晶硅的整体质量和单晶比例。

Description

单晶硅铸锭炉

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池生产设备技术领域，更具体地说，涉及一种单晶硅铸锭炉。

背景技术

采用单晶硅制作的太阳能电池因其较高的光电转换效率而备受人们的青睐。在现有技术中，单晶硅普遍采用CZ法生产，不过，为了提高单晶硅的生产效率，人们又研究出一种利用铸锭炉生产单晶硅的方法，其生产过程为：在生产多晶硅的坩埚底部铺上一层单晶硅作为晶种，然后再向坩埚中装入多晶硅固体，利用单晶硅铸锭炉对其加热，加热熔化后的硅溶液自坩埚底部向顶部逐渐凝固，因为在坩埚底部有单晶硅晶种，凝固就会优先从单晶硅晶种处开始进行外延生长，进而获得与晶种晶体结构一致的晶体，即单晶硅。但是，在此生产过程中对单晶硅铸锭炉中温度的要求非常高，一旦温度发生偏差，就会使生成的晶体不单单是单晶，也会掺杂多晶，这对单晶硅的正常生长造成很大的影响。

目前，市场上用于生产单晶硅的单晶硅铸锭炉有多种不同的品牌，各个品牌的单晶硅铸锭炉的内部热场设计也不尽相同，其中一些型号的单晶硅铸锭炉中没有设置针对坩埚侧壁的加热器，在单晶硅铸锭生产的过程中，非常容易出现坩埚侧壁温度下降的问题，进而导致坩埚侧壁附近形成凹形固液生长界面，靠近坩埚侧壁的硅溶液成核（成核：液态金属或固态金属中生成固相或新相微型质点的阶段，即凝固的初始阶段），形成多晶硅晶体，若多晶硅继续向硅锭内部生长，则会明显影响大面积单晶硅的生长。

相对的，有一些型号的单晶硅铸锭炉的热场内设置了覆盖整个热场以将热场隔开，可竖直运动的挡板，其为框状部件，框状挡板的内侧边缘靠近坩埚设置，外侧边缘与设置在炉体内壁附近的隔热笼接触，其主要的用途是调节热场的整体温度，所以在其进行调节时，坩埚内的整个固液生长界面都会受到影响，一旦坩埚侧壁温度下降时，用此挡板去调节坩埚侧壁附近生成的凹形固液生长界面时，硅锭中部的固液生长界面因热场整体温度的改变其形状也会随之发生变化，同时容易出现局部过冷等不利现象，不利于高质量的单晶硅生长。同时，将热场隔离成两个部分的挡板若随固液生长界面一起运动，不仅可以影响坩埚侧壁附近的温度，也对热场整体温度影响很大，使其很容易生成微晶（微晶在单晶硅块红外探伤时表现为大片阴影，影响切割高度，影响单晶硅硅锭的利用率），影响单晶硅锭的生产。

综上所述，如何提供一种单晶硅铸锭炉，以实现在不影响单晶硅锭内部质量的前提下，保证坩埚侧壁的温度不过低，进而保证单晶硅锭的整体质量，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种单晶硅铸锭炉，解决了因坩埚侧壁的温度过低而影响单晶硅锭整体质量的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种单晶硅铸锭炉，包括炉体，位于所述炉体内的石墨护板和设置在所述石墨护板内的坩埚，以及套设在所述石墨护板外围，并靠近所述坩埚内硅溶液的固液生长界面，且能够随着所述固液生长界面的上升而移动的保温框，其中，所述保温框远离所述石墨护板的一侧与设置在所述炉体内部的隔热笼之间具有间隙。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框始终位于所述固液生长界面之下。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框为碳纤维保温框。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框为长方形保温框。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框通过单晶硅铸锭炉的控制系统控制其随所述固液生长界面的位置变化而移动。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框的宽度小于所述石墨护板外侧壁与单晶硅铸锭炉的隔热笼内壁距离的二分之一。

优选的，上述单晶硅铸锭炉中，所述保温框的厚度小于2cm。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的单晶硅铸锭炉，其热场内套设有与放置在单晶硅铸锭炉内的石墨护板的外侧壁靠近的，具有保温功能的保温框，即保温框与紧贴坩埚侧壁的石墨护板的各个外侧壁均接触，在单晶硅铸锭炉生产单晶硅锭的过程中，随着硅溶液的逐渐凝固，固液生长界面的位置不断在发生变化，而套设在石墨护板的外侧壁上的保温框会随着固液生长界面位置的改变而移动，又因为其与现有技术中的挡板相比，保温框不再与设置在炉体内壁上的隔热笼接触，避免了现有技术中的挡板将热场隔离成两部分，其在移动时对热场整体温度影响较大的问题，不与隔热笼接触的保温框在移动时，对热场的整体影响就相对较小。本实用新型中，用不与隔热笼接触的保温框取代将热场隔离成两部分的挡板，在保温框移动时不会对热场的整体温度造成较大的影响，且在其保温作用下保证了固液生长界面附近的坩埚侧壁温度不会过冷，进而在不会大幅影响整个热场温度梯度的前提下，避免了靠近坩埚侧壁的固液生长界面形成凹形而导致侧壁成核向内生长多晶硅晶体，保证了生成的单晶硅的整体质量和单晶比例。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的单晶硅铸锭炉的内部热场结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的保温框的俯视图；

图3为图2的主视图。

以上图1-图3中：

炉体1、石墨护板2、坩埚3、固液生长界面4、保温框5、隔热笼6。

具体实施方式

本实用新型提供了一种单晶硅铸锭炉，实现了在不影响单晶硅锭内部质量的前提下，保证了坩埚侧壁的温度不过冷，进而保证了单晶硅锭的整体质量。本实用新型还提供了一种保温框。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供的单晶硅铸锭炉，包括炉体1，位于炉体1内的石墨护板2和侧壁与石墨护板2内内壁紧贴的坩埚3，以及套设在石墨护板2外围，并靠近坩埚3内硅溶液的固液生长界面4，且能够随着固液生长界面4的上升而移动的保温框5，其中，保温框5远离石墨护板2的一侧与设置在炉体1内部的隔热笼6之间具有间隙以避免将热场分割成两部分，使整个热场内的气流可以保持流通。

本实施例提供的单晶硅铸锭炉的工作过程如下：

其热场内套设有与放置在单晶硅铸锭炉内的石墨护板2的外侧壁靠近的，具有保温功能的保温框5，即保温框5与紧贴坩埚3侧壁的石墨护板2的各个外侧壁均接触，在单晶硅铸锭炉生产单晶硅锭的过程中，随着硅溶液的逐渐凝固，固液生长界面4的位置不断在发生变化，而套设在石墨护板2的外侧的保温框5会随着固液生长界面4位置的改变而移动，又因为其与现有技术中的挡板相比，保温框5不再与设置在炉体1内部的隔热笼6接触，避免了现有技术中的挡板将热场隔离成两部分，在移动时对热场整体温度影响较大的问题，不与隔热笼6接触的保温框5在移动时，对热场的整体影响就相对较小。

通过上述工作过程可以得出，本实施例提供的单晶硅铸锭炉中，用不与隔热笼6接触的保温框5取代将热场隔离成两部分的挡板，在保温框5移动时不会对热场的整体温度造成较大的影响，且在其保温作用下保证了固液生长界面4附近的坩埚3侧壁温度不会过冷，进而在不会大幅影响整个热场温度梯度的前提下，避免了靠近坩埚3侧壁的固液生长界面4形成凹形而导致侧壁成核向内生长多晶硅晶体，保证了生成的单晶硅的整体质量和单晶比例。

为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的单晶硅铸锭炉中，保温框5始终位于固液生长界面4之下。在坩埚3内晶体生长的过程中，一旦坩埚3侧壁的温度下降，就会在靠近坩埚3侧壁部位造成多晶成核并向硅锭内部生长，因此在固液生长界面4位置变化时，保温框5始终位于固液生长界面4所处水平位置的下方，以最大程度的靠近生成的固态晶体，保证坩埚3侧壁温度不会过冷，使生成的晶体为单晶硅，当然，也可以将保温框5的位置设置为始终与固液生长界面4保持齐平，但其位置相对于上述位置，保温效果不如将其设置在固液生长界面4以下靠近固态晶体时理想，所以优选的，在保温框5随固液生长界面4位置发生变化时，其始终位于固液生长界面4以下。

具体的，保温框5为碳纤维保温框5。为了更好的适合单晶硅铸锭炉内部热场的高温环境，选择了碳纤维作为保温框5的材料。保温框5在本技术方案中作为保温部件，其必须具有良好的保温性能，本实施例中优选碳纤维材料作为保温框5的制造材料，与其他保温材料相比，具有凸出的保温特性和耐高温特性，能够较好的满足本实施例提供的单晶硅铸锭炉的工作要求，当然，在不影响本实施例提供个单晶硅铸锭炉正常工作的前提下，保温框5还可以选择其他具有保温特性的材料制造。

优选的，保温框5为长方形保温框5，如图2和图3所示。保温框5在设置时，需要考虑的一个重要因素就是其尺寸的大小，只有相对于现有技术中的挡板尺寸较小时，才能降低对热场温度的整体影响，以便于调节坩埚3侧壁的温度，所以在设计其形状时也要考虑其所占空间的大小，为了能够与长方体的坩埚3更好配合，将保温框5的形状设置为长方形。当然，在不影响保温框5正常工作的前提下，保温框5还可以为其他的形状。

进一步的，保温框5通过单晶硅铸锭炉的控制系统控制其随固液生长界面4的位置变化而移动。为了尽量减小对现有结构的改动以降低生产成本，在设置保温框5时，仅仅将尺寸相对较大的挡板替换为尺寸相对较小的保温框5，保温框5的设置位置和设置方式没有改变，同时控制其沿石墨护板2外侧壁的延伸方向运动的控制系统仍然采用单晶硅铸锭炉原有的控制系统。

优选的，为了尽量减小其对热场整体温度的影响，保温框5的宽度小于石墨护板2外侧壁与单晶硅铸锭炉的隔热笼6内壁距离的二分之一，保温框5的厚度小于2cm。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种单晶硅铸锭炉，包括炉体（1），位于所述炉体（1）内的石墨护板（2）和设置在所述石墨护板（2）内的坩埚（3），以及套设在所述石墨护板（2）外围，并靠近所述坩埚（3）内硅溶液的固液生长界面（4），且能够随着所述固液生长界面（4）的上升而移动的保温框（5），其特征在于，所述保温框（5）远离所述石墨护板（2）的一侧与设置在所述炉体（1）内部的隔热笼（6）之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）始终位于所述固液生长界面（4）之下。

3.根据权利要求2所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）为碳纤维保温框。

4.根据权利要求3所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）为长方形保温框。

5.根据权利要求4所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）通过单晶硅铸锭炉的控制系统控制其随所述固液生长界面（4）的位置变化而移动。

6.根据权利要求5所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）的宽度小于所述石墨护板（2）外侧壁与单晶硅铸锭炉的隔热笼内壁距离的二分之一。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的单晶硅铸锭炉，其特征在于，所述保温框（5）的厚度小于2cm。

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