CN204111921U - 隔热装置及多晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔热装置及多晶硅铸锭炉，隔热装置包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，根据铸锭炉内热区分布的特点，选择隔热能力不同的炭毡，实现隔热能力空间差异化，避免出现石英坩埚各处籽晶熔化进度不一致的现象，从而保证了石英坩埚各处硅片的高转换效率。多晶硅铸锭炉采用隔热装置进行控制籽晶的熔化速度，而隔热装置包括至少两种不同导热系数的炭毡，根据铸锭炉内热区分布的特点，选择隔热能力不同的炭毡，实现隔热能力空间差异化，避免出现石英坩埚各处籽晶熔化进度不一致的现象，从而保证了石英坩埚各处硅片的高转换效率。

Description

隔热装置及多晶硅铸锭炉

技术领域

本实用新型涉及多晶硅锭铸锭领域，特别是涉及一种隔热装置及多晶硅铸锭炉。

背景技术

太阳能光伏发电是目前发展最快的可持续能源利用的形式之一，近年来在各国都得到了迅速的发展。目前，应用最为普遍使用的是晶体硅太阳能电池，现有的晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅片制成。单晶硅太阳能电池片转换效率高，成品质量好，但单晶硅片存在制备成本高、产量低的缺点。多晶硅片生产成本较单晶硅片低，生产周期短和产量大，但多晶硅片由于形核随机，晶粒大小差异性大，晶界分布无序，位错密度高，所以转换效率低。目前多晶硅片主要是采用定向凝固法进行铸锭，即将装有硅料的石英坩埚放入铸锭炉进行熔化长晶，在经过退火冷却后即得到硅锭。为了提高硅片转换效率，常采用在石英坩埚底部铺装籽晶的方式进行诱导形核以降低形核阶段硅锭内部的位错密度，并控制长晶阶段硅锭内部位错密度的增殖速度，从而实现硅片的高转换效率。熔化阶段，石英坩埚内的硅料从上部往下逐步熔化，为了使石英坩埚底部的籽晶起到诱导形核的作用，必须保证籽晶不被全部熔化。为了实现这一目的，常采用石英棒测量未融化的籽晶高度，当测量到未融化的籽晶高度达到特定数值时，即对铸锭炉进行操作进入长晶环节，从而实现籽晶诱导形核的目的。控制籽晶熔化高度的过程中，在石墨侧板底部外侧围加一圈炭毡有助于控制籽晶熔化速度，这是因为炭毡导热系数低，具有隔热作用，能降低加热器和硅料之间的热交换速度。

目前大多数铸锭炉采用顶部和四周加热方式对石英坩埚中的硅料加热熔化，在石英坩埚的四个角落是垂直方向的两片加热器交汇的区域，这种加热器分布结构导致石英坩埚四角温度较中心区域偏高，坩埚四角的硅料熔化速度快于中心区域的硅料熔化速度，且石英坩埚四角和中心区域隔热效果相同，容易出现坩埚四角的籽晶完全熔化而中心区域的籽晶尚未完全熔化的现象，从而导致石英坩埚四角的硅片转换效率偏低。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种隔热装置及多晶硅铸锭炉，该隔热装置及多晶硅铸锭炉能够提高石英坩埚四角的隔热效果，降低坩埚四角籽晶的熔化速度。

一种隔热装置，包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，所述炭毡之间通过炭条固定连接。

在其中一个实施例中，所述隔热装置包括中间第一炭毡和两侧的两个第二炭毡，所述第一炭毡的导热系数大于所述第二炭毡的导热系数。

在其中一个实施例中，所述第一炭毡导热系数为0.3W/m/k，所述第二炭毡导热系数为0.2W/m/k。

在其中一个实施例中，所述隔热装置包括位于两侧的两个第三炭毡、中间的第一炭毡及分别夹于所述第一炭毡和第三炭毡之间的第二炭毡，所述第一炭毡导热系数最大，所述第三炭毡导热系数最小。

一种多晶硅铸锭炉，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚包括石墨侧板，所述多晶硅铸锭炉包括隔热装置，所述隔热装置安装于所述石墨侧板外围，包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，所述炭毡之间通过炭条固定连接，所述隔热装置上导热系数高的炭毡对应所述多晶硅铸锭炉内温度低的部分，所述隔热装置上导热系数低的炭毡对应所述多晶硅铸锭炉内温度高的部分。

在其中一个实施例中，所述隔热装置通过钼丝固定于所述石墨侧板上。

在其中一个实施例中，所述隔热装置在所述石墨侧板上可拆卸。

在其中一个实施例中，所述隔热装置包括中间第一炭毡和两侧的两个第二炭毡，所述第一炭毡的导热系数大于所述第二炭毡的导热系数。

在其中一个实施例中，所述第一炭毡导热系数为0.3W/m/k，所述第二炭毡导热系数为0.2W/m/k。

在其中一个实施例中，所述隔热装置包括位于两侧的两个第三炭毡、中间的第一炭毡及分别夹于所述第一炭毡和第三炭毡之间的第二炭毡，所述第一炭毡导热系数最大，所述第三炭毡导热系数最小。

上述隔热装置包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，根据铸锭炉内热区分布的特点，选择隔热能力不同的炭毡，实现隔热能力空间差异化，避免出现石英坩埚各处籽晶熔化进度不一致的现象，从而保证了石英坩埚各处硅片的高转换效率。

上述多晶硅铸锭炉采用隔热装置进行控制籽晶的熔化速度，而隔热装置包括至少两种不同导热系数的炭毡，根据铸锭炉内热区分布的特点，选择隔热能力不同的炭毡，实现隔热能力空间差异化，避免出现石英坩埚各处籽晶熔化进度不一致的现象，从而保证了石英坩埚各处硅片的高转换效率。

附图说明

图1为本实用新型的隔热装置的示意图；

图2为本实用新型的隔热装置安装在石墨侧板上的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一般多晶硅铸锭炉采用顶部和四周加热方式对石英坩埚中的硅料加热熔化，在石英坩埚的四个角落是垂直方向的两片加热器交汇的区域，这种加热器分布结构导致石英坩埚四角温度较中心区域偏高，石英坩埚四角的硅料熔化速度快于中心区域的硅料熔化速度，容易出现石英坩埚四角的籽晶完全熔化而中心区域的籽晶尚未完全熔化的现象。

请参照图1，本实用新型提供了一种隔热装置，该隔热装置用于在多晶硅铸锭过程中控制籽晶熔化速度。该隔热装置包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，位于中间的炭毡的导热系数大于两边的炭毡的导热系数。这样，中间导热系数高的炭毡对应于石英坩埚中心区域的温度(较石英坩埚四角处偏低)、两端导热系数低的炭毡对应于石英坩埚四角处，实现隔热能力空间差异化，对石英坩埚中温度低的中间区域使用导热系数较高、隔热能力低的炭毡，对石英坩埚中温度高的四角处使用导热系数较低、隔热能力高的炭毡，减小石英坩埚四角处和中心区域之间硅料熔化速度的差异，避免了出现石英坩埚四角籽晶完全熔化而中心区域籽晶未完全熔化的现象。

隔热装置包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，该多个炭毡依次排列，且从中间炭毡向两端的炭毡的导热系数依次减小，中间炭毡两边的炭毡相对称，且对应位置上的炭毡的导热系数相等。在本实施方式中，隔热装置包括两种不同导热系数的炭毡，分别为位于中间第一炭毡111和位于两侧的两个第二炭毡112，第一炭毡111的导热系数为0.3W/m/k，第二炭毡112的导热系数为0.2W/m/k。隔热装置包括3个炭毡，第一炭毡111位于中间，第二炭毡112分别位于第一炭毡111的两侧。

在其他实施方式中，隔热装置还可以包括3种不同导热系数的炭毡，即该隔热装置包括5个炭毡，分别为位于两侧的两个第三炭毡、中间的第一炭毡及分别夹于第一炭毡和第三炭毡之间的第二炭毡，第一炭毡的导热系数大于第二炭毡的导热系数，第二炭毡的导热系数大于第三炭毡的导热系数。具体的，隔热装置包括几种不同导热系数的炭毡即决定了隔热装置包括几个炭毡，而这些具体的数量根据具体的多晶硅铸锭炉中的热场分布具体确定，此处不做具体限定。

每相邻的两个炭毡之间固定连接，通过炭条120固定连接。炭条120贯穿于炭毡内来实现炭毡的固定连接。由于本实施方式中隔热装置包括3个炭毡，故炭条120需贯穿第一炭毡111且插入第一炭毡111两侧的第二炭毡112内。具体的炭条120的根数不做具体限定，只要能够实现固定连接相邻的两个炭毡即可。本实施方式中，采用了两根炭条120，使得炭毡连接更加稳定。

上述隔热装置用于在多晶硅铸锭过程中控制籽晶熔化速度。该隔热装置两端的导热系数比中间的导热系数更低，隔热能力更强。当然，可以针对具体的铸锭炉内热区分布特点来确定隔热装置中多个不同导热系数的炭毡的排列方式，只要满足温度高的区域对应导热系数低的炭毡、温度低的区域对应导热系数高的炭毡的条件即可。这样可以减少石英坩埚内硅料熔化速度的差异，避免出现石英坩埚内籽晶熔化不均匀的现象，从而保证石英坩埚内各处硅片的高转换效率。

请参照图2，本实用新型还提供一种多晶硅铸锭炉，该多晶硅铸锭炉包括石墨坩埚，石墨坩埚包括石墨侧板130。多晶硅铸锭炉还包括上述隔热装置，隔热装置通过钼丝安装固定于石墨侧板130上，且隔热装置相对于石墨侧板130可拆卸。隔热装置包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，多个炭毡依次固定连接排列。具体的多个导热系数不同的炭毡的具体的排列次序则根据多晶硅铸锭炉内的热区分布来具体确定。

石墨坩埚为正方体形状，故需要4个隔热装置首尾相接才可以将石墨坩埚完全围住。一般多晶硅铸锭炉采用顶部和四周加热方式对石英坩埚中的硅料加热熔化，在石英坩埚的四个角落是垂直方向的两片加热器交汇的区域，这种加热器分布结构导致石英坩埚四角温度较中心区域偏高，石英坩埚四角的硅料熔化速度快于中心区域的硅料熔化速度，容易出现石英坩埚四角的籽晶完全熔化而中心区域的籽晶尚未完全熔化的现象。针对这一问题，隔热装置上炭毡的排列方式为导热系数高的炭毡置于中间位置，向两端方向上的炭毡的导热系数依次减小。这样，针对温度高的区域(石英坩埚四角)使用导热系数低即隔热能力高的炭毡，针对温度低的区域(石英坩埚中心区域)使用导热系数高即隔热能力低的炭毡，减小了石英坩埚四角和中心区域之间硅料熔化速度的差异，避免了出现石英坩埚四角籽晶完全熔化而中心区域籽晶未完全熔化的现象，实现了坩埚四角和中心区域均在籽晶上部形核和长晶，保证了各处硅片的高转换效率。当然，针对以其他方式加热的多晶硅铸锭炉，对应的隔热装置中不同导热系数的炭毡的排列方式根据具体的多晶硅铸锭炉热区分布来确定。

该多晶硅铸锭炉的工作流程如下：首先将石墨侧板安装固定于石英坩埚外围；然后将装有硅料的石英坩埚连通石墨侧板130用叉车运送摆放至铸锭炉内，再将隔热装置安装于石墨侧板130外围，用钼丝将隔热装置固定在石墨侧板130上，最后将多晶硅铸锭炉合炉运行，即可实现对籽晶的熔化速度控制。

上述多晶硅铸锭炉由于采用隔热装置进行控制籽晶的熔化速度，而隔热装置包括至少两种不同导热系数的炭毡，根据铸锭炉内热区分布的特点，选择隔热能力不同的炭毡，实现隔热能力空间差异化，避免出现石英坩埚各处籽晶熔化进度不一致的现象，从而保证了石英坩埚各处硅片的高转换效率。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种隔热装置，其特征在于，包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，所述炭毡之间通过炭条固定连接。 

2.根据权利要求1所述的隔热装置，其特征在于，所述隔热装置包括中间第一炭毡和两侧的两个第二炭毡，所述第一炭毡的导热系数大于所述第二炭毡的导热系数。 

3.根据权利要求2所述的隔热装置，其特征在于，所述第一炭毡导热系数为0.3W/m/k，所述第二炭毡导热系数为0.2W/m/k。 

4.根据权利要求1所述的隔热装置，其特征在于，所述隔热装置包括位于两侧的两个第三炭毡、中间的第一炭毡及分别夹于所述第一炭毡和第三炭毡之间的第二炭毡，所述第一炭毡导热系数最大，所述第三炭毡导热系数最小。 

5.一种多晶硅铸锭炉，包括石墨坩埚，所述石墨坩埚包括石墨侧板，其特征在于，所述多晶硅铸锭炉包括隔热装置，所述隔热装置安装于所述石墨侧板外围，包括依次固定连接的至少两种不同导热系数的炭毡，所述炭毡之间通过炭条固定连接，所述隔热装置上导热系数高的炭毡对应所述多晶硅铸锭炉内温度低的部分，所述隔热装置上导热系数低的炭毡对应所述多晶硅铸锭炉内温度高的部分。 

6.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热装置通过钼丝固定于所述石墨侧板上。 

7.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热装置在所述石墨侧板上可拆卸。 

8.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热装置包括中间第一炭毡和两侧的两个第二炭毡，所述第一炭毡的导热系数大于所述第二炭毡的导热系数。 

9.根据权利要求8所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述第一炭毡导热系数为0.3W/m/k，所述第二炭毡导热系数为0.2W/m/k。 

10.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热装置包括位于两侧的两个第三炭毡、中间的第一炭毡及分别夹于所述第一炭毡和第三炭毡 之间的第二炭毡，所述第一炭毡导热系数最大，所述第三炭毡导热系数最小。