CN203923456U - 一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构 - Google Patents
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Abstract
一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其包括固定套管(1),导流筒本体(2),所述导流筒本体(2)置于固定套管(1)中,导流筒本体(2)的下端呈锥形,锥形小端的直径小于坩埚盖板(3)中心孔(11)的直径,导流筒本体(2)的锥形下端能够伸入坩埚盖板(3)的下方。本实用新型通过独特的结构设计,可以降低导流筒本体(2)下端与硅熔体(8)水平距离(9),从而提高进气气体的吹扫能力,因此硅晶体的碳氧等杂质含量比传统导流筒结构的杂质含量要低,晶体质量也有提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅铸锭炉热场装备技术,尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构。
技术背景:
随着现代社会的不断进步,石油、煤炭、天然气等自然资源被大量消耗,资源匮乏的问题已经越来越突出,已经成为人类面临的巨大威胁与挑战。人类社会的可持续发展,必须寻求新的能源发展道路。大力开放光伏,风电为代表的新能源,是可持续的能源发展之路。
其中晶体硅光伏技术是目前主流的光伏发电技术,晶硅光伏的产业链相对较长,跨越了多晶硅生产,晶体生长及切割,电池片制造及组件封装等等,硅晶体为光伏发电的基础,硅片质量很大程度上决定了后续电池的效率及成本,硅片质量主要由其晶体生长过程所决定,同时晶体生长过程受到很多因素的影响,如热场高温环境,杂质的产生及输运等。
硅晶体的生长,一般分为多晶铸锭,单晶提拉以及区熔生长三种方法。其中多晶铸锭为典型的熔体固化的生长方法:多晶硅原料先在高温下被加热融化成熔体,然后通过底部冷却,向上定向凝固开始晶体生长,其生长过程相对缓慢,在生长完成后,晶体进行退火冷却到常温。因为生长周期长,生长温度很高,热场内部包含有石英坩埚,液态硅,碳基保温毡,石墨加热器等,物理化学过程相对复杂,各种杂质气体作为中间产物,残留在炉体热场内部或者溶于硅熔体而不被排出,或者与材料本身发生反应形成固态杂质,最终存在于晶体中,极大地影响了晶体的质量。
例如,在硅晶体的生长过程中,硅熔体与石英坩埚接触时,以及SiO与石墨加热器等接触时,高温下会发生如下反应:Si(液)+SiO2(固) =2SiO(气);SiO(气)+2C=CO(气)+SiC(固);上述反应中产生的杂质气体,如果不能被快速带走,将会被硅熔体溶解吸收,从而在熔体内形成饱和析出。因此,若在硅晶体生长过程中尽量多地除去SiO,CO等杂质气体、避免碳氧等杂质被熔体溶解吸收,将会有利于提高硅晶体的质量。
在炉体内利用高纯氩气吹扫,是一种通用的去除硅晶体热场中SiO,CO等杂质气体的方法。对于多晶铸锭炉而言,现有技术中的导流筒本体是静置于坩埚盖板的上部,当硅料完全熔化后坩埚盖板距离硅熔体面比较远。高纯氩气从中部的导流筒本体以一定速度吹出,尽管氩气有所发散,但是大部分气流还是沿着液体表面吹扫,只是强度相对弱很多,这样不能更多地除去石英坩埚内的SiO,CO等杂质气体。
实用新型内容:
针对现有技术存在的上述缺陷,本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉锥形导流筒结构,可以更多地除去石英坩埚内的SiO,CO等杂质气体,提高晶体质量。
为实现上述目的,本实用新型采用的技术方案是:一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,包括固定套管,导流筒本体;所述导流筒本体置于固定套管中,所述导流筒本体的下端呈锥形,锥形小端的直径小于坩埚盖板中心孔的直径,所述导流筒本体的锥形下端能够伸入坩埚盖板的下方。
进一步,所述导流筒本体的下端的锥度:5°≤锥度≤120°。
进一步,所述导流筒本体的下端与硅熔体的距离为30~200mm。
进一步,所述导流筒本体的材质为石墨或炭-炭复合材料或钼。
进一步,所述坩埚盖板为炭-炭复合材料板或石墨板或钼板。
进一步,所述坩埚盖板的厚度为2~15mm。
多晶铸锭过程分为:装料,熔化,长晶,退火,冷却几个步骤。
1.在换成锥形导流筒本体后,硅料堆积仍然溢出石英坩埚顶部,而导流筒本体由于下部较小,在坩埚盖板中心孔处被不规则形状的硅料挡住而托起;
2.硅料开始部分熔化,因此硅料的高度随之下降,锥形导流筒本体亦随之下坠,仍然被不规则硅料所挡住而托起;
3.硅料完全熔化后,或者锥形导流筒本体下坠到特定高度后,此时导流筒本体已经深入到坩埚盖板下方一定距离,最后由于直径大于中心孔直径而被固定;
4.硅熔体开始固化,晶体开始生长,而此时导流筒本体深入到盖板下方,比传统的导流筒本体更加接近熔体表面,因而其氩气对熔体表面的吹扫能力得到加强。同时由于圆锥口径小,气体喷射速度快,吹扫能力也会被加强。
本实用新型与现有技术相比,有以下优点:
(1)本实用新型的锥形导流筒本体深入了石英坩埚内,降低了导流筒本体下端至硅熔体水平面的距离,提高了进气气体的吹扫能力,可以更多地除去石英坩埚内的SiO,CO等杂质气体,从而提高晶体质量;
(2)本实用新型的锥形导流筒结构简单,安装拆卸方便,可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型锥形导流筒结构在装料状态下的示意图;
图2为本实用新型锥形导流筒结构在熔化过程中的示意图;
图3为本实用新型锥形导流筒结构在完全熔化状态下的示意图;
图4为本实用新型导流筒本体结构示意图;
图5为本实用新型坩埚盖板结构示意图。
具体实施方式
以下结合实例对本实用新型作进一步说明。
实施例1
参照图1,本实施例锥形导流筒包括固定套管1、导流筒本体2,导流筒本体2置于固定套管1中,导流筒本体2下端呈锥形,锥形小端的直径小于坩埚盖板3的中心孔11的直径,导流筒本体2能伸入坩埚盖板3的下方。
导流筒本体2下端的锥度10为5°,导流筒本体2的材质为石墨。
坩埚盖板3为炭-炭复合材料板,厚度为6mm。
工作时,在将石英坩埚4装满块状硅料6,将石英坩埚4置于坩埚底板7上方正中,石英坩埚4的四周安装坩埚护板5,将石英坩埚4连同硅料6、坩埚底板7、坩埚护板5置于多晶硅铸锭炉中,然后将导流筒本体2置于坩埚盖板3上,导流筒本体2的锥形小端对坩埚盖板3的中心孔11,块状硅料6将导流筒本体2顶起。
熔化:将铸锭炉内加热,块状硅料6开始部分熔融,因此,块状硅料6的高度随之下降,导流筒本体2亦随之下坠,仍然被不规则硅料所托起(如图2所示)。块状硅料6全部熔化后,由于导流筒本体2锥体部分上部的直径大于中心孔11直径而被固定,此时导流筒本体2的下部已经伸入到坩埚盖板3下方,导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为30mm,高纯氩气从固定套管1以一定速度吹出,吹至石英坩埚4内(如图3所示)。
铸锭炉内继续进行长晶、退火、冷却、出炉等步骤。
与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变),本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测,碳含量降低25.6%,氧含量降低28.5%,晶体质量有所提高。
实施例2
本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于,导流筒本体2下端的锥度10为120°,导流筒本体2的材质为炭-炭复合材料;
坩埚盖板3为石墨板,厚度为15mm;
导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为200mm。
与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变),本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测,碳含量降低15.9%,氧含量降低14.2%,晶体质量有所提高。
实施例3
本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于,导流筒本体2下端的锥度10为15°,导流筒本体2的材质为钼;
坩埚盖板3为钼板,厚度为2mm;
导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为60mm。
与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变),本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测,碳含量降低24.3%,氧含量降低21.7%,晶体质量有所提高。
实施例4
本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于,导流筒本体2下端的锥度10为30°,导流筒本体2的材质为炭-炭复合材料;
坩埚盖板3为钼板,厚度为2mm;
导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为100mm。
与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变),本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测,碳含量降低20.1%,氧含量降低19.3%,晶体质量有所提高。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例,并非对本实用新型作任何限制,凡是根据本实用新型技术实质实施例1的区别仅在于,对以上实施例所作的任何修改、变更以及等效结构变换,均仍属本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,包括固定套管(1),导流筒本体(2),所述导流筒本体(2)置于固定套管(1)中,其特征在于,所述导流筒本体(2)的下端呈锥形,锥形小端的直径小于坩埚盖板(3)中心孔(11)的直径,导流筒本体(2)的锥形下端能够伸入坩埚盖板(3)的下方。
2.根据权利要求1所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述导流筒本体(2)下端的锥度(10),5°≤锥度(10)≤120°。
3.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述导流筒本体(2)下端与硅熔体(8)的距离(9)为30~200mm。
4.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述导流筒本体(2)的材质为石墨或炭-炭复合材料或钼。
5.根据权利要求3所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述导流筒本体(2)的材质为石墨或炭-炭复合材料或钼。
6. 根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钼板。
7.根据权利要求3所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钼板。
8.根据权利要求4所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钼板。
9.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述坩埚盖板(3)的厚度为2~15mm。
10.根据权利要求6所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构,其特征在于:所述坩埚盖板(3)的厚度为2~15mm。
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CN105112995A (zh) * | 2015-08-19 | 2015-12-02 | 常州天合光能有限公司 | 多晶硅铸锭炉用的复合隔碳涂层以及制备方法、石墨护板、多晶硅铸锭炉 |
CN107601515A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-01-19 | 北方民族大学 | 一种制备SiO粉末的装置 |
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