CN203999907U - 铸造大重量硅锭的硅锭炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种铸造大重量硅锭的硅锭炉，包括石英坩埚、加热器、隔热挡板、散热窗口、隔热层、石墨护板和石墨底板，隔热层内壁上覆盖有反射保护层。本实用新型通过增加反射保护层和改变石墨护板结构，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，减少硅锭边缘位置晶体缺陷对光伏电池电性能的影响，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，在提高硅锭的合格率的同时提高铸锭炉产能。
Description
技术领域
本实用新型涉及多晶硅电池制造技术领域。
背景技术
太阳能发电是新兴的可再生能源技术，目前已实现工业化应用的主要为太阳能光伏发电和太阳能光热发电。光伏是一种利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳能直接转换为电能的一种新型发电系统。近年来，光伏行业发展迅速。
在太阳能电池硅锭生产中，理想硅锭内部杂质分布为，杂质在硅锭结晶过程中分凝至最顶部位置积聚，无向下延伸斑点状、条状杂质，将硅锭顶部统一去除后，剩余部分均可正常使用。实际生产中，采用顶部加热器的多晶铸锭炉，硅锭在定向结晶过程中，只有顶部接收热量辐射，热场为竖直梯度方向，硅锭侧部在结晶过程中无法直接接收加热器热量。
在热场结构及加热散热方式固有因素影响下，晶粒挤压，产生内部缺陷和热应力不均现象，晶体在竖直方向结晶过程中出现凹凸不平液面，导致硅锭四周熔融硅迅速成核并结晶生长，且不断向隔热层四壁辐射热量，导致硅锭四周熔融硅迅速成核并结晶生长，在硅液内部形成边缘位置微“凹”形状的固液界面，造成熔融硅液边缘位置的杂质无法有效分凝到硅液上表面，直接结晶到硅锭内部，严重影响硅锭的切割长度，造成硅锭合格率偏低。
顶部加热器的多晶铸锭炉，由于上述热场因素影响，增加铸锭投料量，增加硅锭高度则造成硅锭边缘底寿命区变厚，硅锭顶部杂质影响也会随之加剧，造成铸锭炉产能偏低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种铸造大重量硅锭的硅锭炉，利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。
本实用新型所采取的技术方案是：
一种铸造大重量硅锭的硅锭炉，包括石英坩埚、加热器、隔热挡板、散热窗口、隔热层、石墨护板和石墨底板，隔热层内壁上覆盖有反射保护层。
利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，通过内侧面温度的提升来减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，使硅液在结晶过程中的边缘微 “凹”固液面形状转变为边缘微 “凸”的固液面形状，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。
优选的，还包括散热台，散热台位于石墨底板下部。因为铸锭炉热场的变化，需要调整石英坩埚的高度适应整个热场的变化，因此本实用新型的铸锭炉去掉了增高台，散热台上部直接放置石墨底板。
优选的，反射保护层为光面石墨纸。
优选的，反射保护层的厚度为3-5mm。
优选的，反射保护层底沿边缘高于坩埚底表面，石墨纸上沿低于加热器。要求石墨纸表面光滑，具有良好的反射效果。
优选的，石英坩埚的高度为540±5mm，坩埚高度由之前的420±5mm调整为540±5mm，用来承载600kg以上原生硅料。
优选的，石墨护板下部为栅栏状，包括多个栅条。改变石墨护板来提高硅锭四周温度，从而铸造大重量硅锭，减少硅锭边缘位置晶体缺陷对光伏电池电性能的影响。
优选的，栅条的宽度D为5-100mm。
优选的，多个栅条之间的间距L为5-100mm。
进一步优选的，栅条的高度H为100-350mm。
改进之后的多晶铸锭炉内热场由于温度梯度发生变化，需要调整配套的铸锭工艺才能实现提高产能和提高硅锭合格率的目的。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。
2、坩埚高度由之前的420±5mm调整为540±5mm，用来承载600kg以上原生硅料，增大了坩埚的容量，提高了铸锭炉的产能。
3、通过改变石墨护板的结构，减少多晶硅锭结晶段石墨护板辐射强度，提高硅锭四周温度，从而铸造大重量硅锭，减少硅锭边缘位置晶体缺陷对光伏电池电性能的影响，进一步保证多晶硅锭的质量稳定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中石墨护板的结构示意图。
1、散热台；2、石英坩埚；3、加热器；4、隔热挡板；5、散热窗口；6、隔热层；7、反射保护层；8、石墨护板；9、石墨底板；10栅条。
具体实施方式
一种铸造大重量硅锭的硅锭炉，包括石英坩埚2、加热器3、隔热挡板4、散热窗口5、隔热层6、石墨护板8和石墨底板9，隔热层6内壁上覆盖有反射保护层7。
优选的技术方案为，还包括散热台1，散热台1位于石墨底板9下部。
优选的技术方案为，反射保护层7为光面石墨纸。
优选的技术方案为，反射保护层7的厚度为3-5mm。
优选的技术方案为，反射保护层7底沿边缘高于坩埚底表面，石墨纸上沿低于加热器。
优选的技术方案为，石英坩埚2的高度为540±5mm。
优选的技术方案为，石墨护板8下部为栅栏状，包括多个栅条10。
优选的技术方案为，栅条10的宽度D为5-100mm。
优选的技术方案为，多个栅条10之间的间距L为5-100mm。
进一步优选的技术方案为，栅条10的高度H为100-350mm。
采用本实用新型的多晶铸锭炉进行铸锭，以精功500N型铸锭炉改进为例，装料重量在600kg至650kg，装料完毕后将装满料的坩埚放置于铸锭炉散热台上，闭合炉腔，抽真空，排出炉内所有气体，避免高温下空气内成分和硅液及石墨器件反应。
改进之后的多晶铸锭炉内热场由于温度梯度发生变化，需要调整配套的铸锭工艺才能实现提高硅锭合格率和提高产能的目的。
铸锭炉运行，将铸锭炉气体抽空后运行铸锭工艺，工艺过程包括：加热、熔化、长晶、退火和冷却五个阶段。
一、加热
在规定时间之内将硅料由常温升至1175℃±25℃，工艺步骤如下：
（1）10分钟，功率设定为10%，预热加热器，为后期加热做准备；
（2）30分钟～60分钟，功率设定30%至50%，提高功率，开始加热硅料；
（3）30分钟～60分钟，功率设定50%至85%，及升高功率；
（4）200分钟～300分钟分钟，待热场内顶部测温度测试温度为1160℃±15℃时，加热段工艺结束，工艺程序跳入到熔化段。
二、熔化
在18小时内将所有硅料完全熔化，工艺步骤如下：
（1）60分钟～100分钟，控制模式调整为温度控制模式，维持加热段最后跳转温度不变60分钟～100分钟，使硅料表面及坩埚内油脂、水分、易挥发杂质尽量挥发出去，并由真空泵排出，防止杂质与高温下硅液反应，污染硅料；
（2）1小时～3小时，逐步提升热场顶部测温点温度至1520℃±10℃；
（3）8小时～15小时，维持第二步最终温度，高温化料，直至硅料完全熔化；
三、结晶
在35小时内完成整个硅液结晶过程，工艺步骤如下：
（1）20分钟～40分钟，匀速打开热场底部散热窗口至15°至20°，测温点温度降至1395±3℃，硅液底部温度迅速降低，底部部分硅液结晶形成微小晶核；
（2）5小时至10小时，在第一部基础上继续匀速打开热场窗口至60°，热场顶部测温点温度设定为降低至1380±3°，硅锭开始再结晶过程，由硅液底部小晶核逐渐变大，底部铺满固体硅后开始向竖直方向结晶，热场窗口打开速度和硅液再结晶速度相匹配，保证硅液竖直方向结晶速度为每小时向上结晶12±3mm；
（3）5小时至10小时，在第一部基础上继续匀速打开热场窗口至90°最大，热场顶部测温点温度设定为降低至1365±3°，硅锭开始再结晶过程，由硅液底部小晶核逐渐变大，底部铺满固体硅后开始向竖直方向结晶，热场窗口打开速度和硅液再结晶速度相匹配，保证硅液竖直方向结晶速度为每小时向上结晶12±3mm；
（4）10小时之内，维持热场底部散热窗口最大开度，适当降低热场顶部测温点温度设定值，每小时降低1°至3°直接的某一定值温度不变，直至在顶部观察孔观察到硅液中心完全结晶，程序调整至下一步；
（5）120分钟～180分钟，维持热场底部热场窗口最大开度，热场顶部测温点设定温度在第三步基础上维持不变，完成硅液四周结晶，整个硅锭结晶完成。
四、退火
3小时～5小时，底部散热窗口闭合，热场顶部测温点设定温度为1350℃±5℃，消除硅锭结晶完成后竖直方向温度梯度，消除因温度梯度引起的热应力不均；
五、冷却
10小时～14小时，底部散热窗口逐步打开，关闭加热器，当硅锭温度降低至400℃至450℃时进行出炉操作，整个硅锭铸锭过程结束。
Claims (4)
1.一种铸造大重量硅锭的硅锭炉，包括石英坩埚（2）、加热器（3）、隔热挡板（4）、散热窗口（5）、隔热层（6）、石墨护板（8）和石墨底板（9），其特征在于隔热层（6）内壁上覆盖有反射保护层（7）；所述反射保护层（7）为光面石墨纸，反射保护层（7）的厚度为3-5mm，反射保护层（7）底沿边缘高于坩埚底表面，石墨纸上沿低于加热器；
还包括散热台（1），散热台（1）位于石墨底板（9）下部；
所述石英坩埚（2）的高度为540±5mm；
所述石墨护板（8）下部为栅栏状，包括多个栅条（10）。
2.根据权利要求1所述的铸造大重量硅锭的硅锭炉，其特征在于所述栅条（10）的宽度D为5-100mm。
3.根据权利要求1所述的铸造大重量硅锭的硅锭炉，其特征在于所述多个栅条（10）之间的间距L为5-100mm。
4.根据权利要求1所述的铸造大重量硅锭的硅锭炉，其特征在于所述栅条（10）的高度H为100-350mm。
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| CN201420001686.1U CN203999907U (zh) | 2014-01-02 | 2014-01-02 | 铸造大重量硅锭的硅锭炉 |
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| CN108004589A (zh) * | 2018-01-12 | 2018-05-08 | 无锡惠郡科技有限公司 | 一种八边形多晶硅铸锭的制造方法及其制造设备 |
| CN111394790A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-07-10 | 新余学院 | 一种低杂质多晶硅铸锭炉 |
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