CN202730295U - 一种铸锭单晶硅的坩埚护板 - Google Patents

Abstract

一种铸锭单晶硅的坩埚护板，包括侧板（3）和底板（4），侧板为四块尺寸相同的长方形薄板，底板为正方形薄板，构成侧板的长方形薄板的底边长度与底板的边长相等，其特征在于：所述侧板（3）分上下两部分，上半部分（31）由石墨制成，下半部分（32）由绝热材料制成。采用本实用新型的铸锭单晶硅的坩埚护板，可以有效的降低坩埚的侧向热传导系数，提高坩埚垂直方向的热传导系数，抑制边角多晶的生成，提高铸锭的收益率。

Description

一种铸锭单晶硅的坩埚护板

技术领域

本实用新型涉及一种铸锭单晶硅的坩埚护板。

背景技术

目前晶体硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位。而硅片的成本占到了单/多晶体硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。

常规的多晶硅中，晶粒的随机取向使其难以对所得到的晶片表面进行纹饰。纹饰用于通过减少光反射和提高透过电池表面光能的吸收来提高电池效率。此外，多晶硅晶粒之间边界（晶界）上形成的“扭折”倾向于以簇或位错线形式成为结构缺陷的核，这些位错和位错的吸杂效应会引起多晶硅制成的电池中载流子快速复合，从而导致电池效率降低。铸造单晶硅技术是一种新型的单晶生长方式，这种方法采用与多晶铸锭炉类似的设备进行单晶硅的生长。铸造单晶硅的基本工艺过程是将硅熔体从石英坩埚底部开始缓慢冷却生长成一个单晶的方锭，而铸造单晶硅工艺与传统多晶硅铸锭工艺最大的不同在于铸造单晶硅工艺需要在石英坩埚底部排列一层籽晶，这种技术既具有单晶硅材料低缺陷、高转换效率的优点，又具有铸锭技术高产量、低能耗、低光致衰减的优点。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高1%以上。

铸造准单晶技术先把籽晶，硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。随后加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。这种技术的难点在于确保在第二步融化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体质量的关键。虽然铸造准单晶技术已经得到了产业化生产，但是目前仍然存在问题，即铸锭的良率目前较低，只有大约在40%~60%之间，主要是由于铸锭边角多晶的产生严重影响了铸锭的利用率。边角多晶的形成主要与固定侧加热有关，导致产生了侧面温度梯度，侧面温度梯度的存在导致坩埚边角部位产生多晶，若能在侧面形成向上温度梯度，则可以抑制侧面成核，形成全单晶。因此如何减少坩埚侧面的热传递系数，或者增大坩埚垂直方向的热传递系数，减小侧面热传递系数与垂直方向热传递系数的比例，提高铸锭的良率，成为一个需要解决的问题。

实用新型内容

为克服传统的坩埚护板因为隔热效果不好而使坩埚内部存在较大侧面温度梯度导致铸锭良率较低的问题，本实用新型提供一种铸锭单晶硅的坩埚护板。

本实用新型的技术方案如下：

一种铸锭单晶硅的坩埚护板，包括侧板和底板，其特征在于：所述侧板分上下两部分，上半部分由石墨制成，下半部分由隔热材料制成。

优选的，隔热材料可以选用氧化锌、氧化锆或者碳化硅中的任意一种。

作为对本实用新型的进一步改进的方式，所述底板包括两部分：环状边缘部分和中间部分，环状边缘部分为石墨制成，中间部分由导热材料制成。

优选的，所述导热材料为钼或者钨。

所述侧板的下半部分的高度和所述底板的中间部分的尺寸由铸锭晶体的尺寸决定，下半部分的高度等于铸锭晶体的高度，底板中间部分的形状和面积能够包覆铸锭晶体横截面。

采用本实用新型所述的铸造单晶硅的坩埚护板，可以明显改善铸锭硅料内部传热的效果，抑制横向热流的产生，提高了垂直方向的热传递系数，有效地抑制了边角多晶的形成，从而提高铸锭的整个收益率。

附图说明

图1示出传统坩埚护板的示意图；

图2示出本实用新型坩埚护板的示意图；

图3示出采用传统的坩埚护板的热传导示意图；

图4示出采用本实用新型的坩埚护板的热传导示意图；

图5示出本实用新型的坩埚护板的侧板和底板的侧视和俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1为传统坩埚护板的示意图，传统坩埚护板的底板与侧板均采用石墨作为护板。图2为本实用新型的坩埚护板的示意图，本实用新型的坩埚护板的底板3和侧板4均采用了复合结构。图3为采用传统的坩埚护板的热传导示意图，图4为采用本实用新型的坩埚护板的热传导示意图。

铸造单晶的制备过程如下：首先准备好籽晶与坩埚，将籽晶放在坩埚的底部，然后在籽晶的上方放入多晶硅与母合金，然后将坩埚护板安装在坩埚的四周与底部，其中侧板安装在坩埚的四周，底板安装在坩埚的底部，然后将其放入铸锭炉，经过加热、熔化、长晶、退火和冷却5个阶段后，即可取出铸锭。但目前由单一石墨材料制成的坩埚护板由于保温效果的不好，在铸锭生长过程中坩埚的边角部位存在横向的散热，即径向的温度梯度，从而产生多晶，如图3所示，因此得到的铸锭单晶的良率较低。本实用新型采用复合式坩埚侧板与底板，如图2所示的坩埚护板，包括侧板3和底板4，侧板为四块尺寸相同的长方形薄板，底板为正方形薄板，构成侧板3的长方形薄板的底边长度与底板4的边长相等，所述侧板3分上下两部分，上半部分31由石墨制成，下半部分32由绝热材料制成。本实用新型中坩埚1周围的侧板3采用上下方式组合而成的，上半部分31仍为石墨护板，不影响加热过程的传热，下半部分32为绝热材料制成的护板，由于导热系数很小，因此在铸锭生长过程中，坩埚内部硅料2的侧向热传递系数得到有效的抑制，铸锭硅料2内部几乎不存在横向传热，因此可以有效地抑制边角多晶的形成与生长。同时坩埚底板同样采用复合底板，底板4的中间部分42采用传热系数大于石墨的材料制造，环状边缘部分41仍为石墨制造。这样的底板可以加强坩埚内部铸锭垂直方向的传热，增大坩埚垂直方向的热传导系数，如图4所示，垂直方向的热传导得到加强，而坩埚侧向的热传导被削弱，从而加快了铸锭的生长，提高了达到节能降耗的目的。

采用本实用新型所述的用于铸造单晶硅的坩埚护板，可以明显改善铸锭硅料内部传热的效果，抑制横向热流的产生，提高了垂直方向的热传递系数，有效地抑制了边角多晶的形成，从而提高了铸锭的整个收益率。

图5分别给出了本实用新型铸锭单晶硅的坩埚护板的侧板3与底板4的示意图，侧板的上半部分31和下半部分32的厚度可以一致，以便于制造；下半部分32的隔热材料可以采用隔热系数好而且能耐高温的材料制成，如氧化锌、氧化锆或者碳化硅等。下半部分32的高度根据铸锭的高度调整，原则上与铸锭的高度一致，一般铸造时，铸锭的高度为坩埚高度的一半，因此本实用新型的坩埚护板的侧板3的上下两部分的高度比优选为1:1。本实用新型提供的底板4分为环状边缘部分41和中间部分42，环状边缘部分41仍然采用传统的石墨材料制作，底板的中间部分42的形状和面积能够包覆铸锭单晶硅的横截面，底板中间部分42的材料采用导热性能好而且耐高温的材料制作，钼和钨金属在高温下不易挥发和氧化，不会污染铸锭，因此作为制作底板中间部分42的优选材料。同样为了制造方便和底板平整度考虑，底板的环状边缘部分41和底板的中间部分42的厚度优选是一致的。

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内 。 

Claims (9)

1.一种铸锭单晶硅的坩埚护板，包括侧板（3）和底板（4），侧板为四块尺寸相同的长方形薄板，底板为正方形薄板，构成侧板的每块长方形薄板的底边长度与底板的边长相等，其特征在于：所述侧板（3）分上下两部分，上半部分（31）由石墨制成，下半部分（32）由绝热材料制成。

2.如权利要求1所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述侧板（3）的上半部分（31）和下半部分（32）的厚度相同。

3.如权利要求1所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述侧板（3）的下半部分（32）由氧化锌、氧化锆或者碳化硅制成。

4.如权利要求1所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述侧板（3）的下半部分（32）的高度与铸锭的高度相同。

5.如权利要求1所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述侧板（3）的上半部分（31）和下半部分（32）的高度比为1:1。

6.如权利要求1所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述底板（4）包括环状边缘部分（41）和中间部分（42），环状边缘部分（41）为石墨制成，中间部分（42）由导热系数高于石墨的材料制成。

7.如权利要求6所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述底板（4）的中间部分（42）由金属钨或者钼制成。

8.如权利要求6所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述底板（4）的环状边缘部分（41）和中间部分（42）的厚度相同。

9.如权利要求6-8任意一项所述铸锭单晶硅的坩埚护板，其特征在于：所述底板（4）的中间部分（42）的形状和面积能够包覆铸锭的横截面。

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