CN204825129U - 一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，高效多晶硅铸锭炉的热场结构包括坩埚、隔热笼组件以及加热器部件，隔热笼组件包括顶隔热板、侧隔热板及下隔热板，加热器部件包括顶部加热器、侧部加热器；坩埚的外侧部及底部包覆有石墨护板；石墨护板和侧部加热器之间设有石墨毡；石墨毡使侧部加热器对坩埚中硅料的直接热辐射降低，坩埚边缘和中心的温差降低，降低了横向温度梯度，使硅料按照从上向下的顺序熔化，籽晶碎硅料预留高度较均匀，有效的保证了高效铸锭的可操作性和成功率。本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构，有效提高铸锭晶体的品质，减少多晶硅的内部缺陷，并且提高热能利用率，减少了能耗。

Description

一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构

技术领域

本实用新型属于光伏技术领域，具体涉及一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构。

背景技术

晶体硅作为一种能利用太阳能发电的材料，在再生能源紧缺的时代越来越被广泛应用。太阳能光伏早期都是用单晶硅，但成本较高，生产效率较低，而多晶硅以其低成本、高产能、低衰减等优势，具有较高的性价比和竞争优势，目前来说在太阳能光伏领域，多晶铸锭技术已经发展成为一种主流技术。

多晶硅铸锭炉是采用电阻加热，将原料熔融再结晶的铸锭设备，生产出太阳能级多晶硅锭。在铸锭生产中，硅原料装在石英坩埚内，坩埚四周有石墨护板，硅原料经过加热、熔化、长晶、退火、冷却等步骤，硅液从坩埚底部开始向上逐渐凝固，最后得到多晶硅锭。

铸造多晶硅在晶体生长及冷却过程中由于局部温差形成热应力，热应力直接影响会产生大量的晶体缺陷，而细小而均匀的多晶晶粒，能够降低硅锭应力，减少缺陷产生。目前生产细小均匀晶粒主要方法是坩埚底部铺硅料，调整铸锭炉工艺，使硅料由上向下逐渐熔化，熔化到碎硅料高度开始进入长晶，硅液以碎硅料为形核中心，形成大量细小晶粒。目前使用的多晶铸锭炉，加热结构为顶部和侧部加热器加热，加热器热量直接辐射到石墨护板上，这样靠近加热器位置的硅料温度较高，而坩埚中心位置硅料温度较低，存在较大的横向温度梯度，熔化及长晶界面中心上凸，导致碎硅料预留高度中间高，四周低，影响晶粒生长效果及良率，同时因长晶界面上凸产生生长应力，导致晶体生长时存在大量的位错等晶体缺陷，晶体质量下降，影响硅锭电池效率。如果多晶硅晶体内含有晶界和大量的晶体缺陷，其中晶体缺陷会严重降低多晶硅电池的转化效率，因此，降低多晶硅的内部缺陷是提高多晶硅电池转换效率的有效手段。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，可以减少多晶硅的内部缺陷，有效提高铸锭晶体的品质。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，包括坩埚、隔热笼组件以及设于所述隔热笼组件内部的加热器部件，所述隔热笼组件包括固设于所述坩埚的上方的顶隔热板、设于所述坩埚的两侧的侧隔热板、及设于所述坩埚的下方的下隔热板，所述侧隔热板的底端可分离地搭接在所述下隔热板的对应的端部，所述侧隔热板连接有可驱动其上下移动的升降机构；

所述坩埚的底部与所述下隔热板之间设有定向凝固块，所述坩埚和所述定向凝固块之间、所述定向凝固块与所述下隔热板之间均通过隔热挡条隔开；

所述加热器部件包括设于所述顶隔热板与所述坩埚之间的顶部加热器、设于所述侧隔热板和所述坩埚之间的侧部加热器；

所述坩埚的外侧部及底部包覆有石墨护板；

所述石墨护板和所述侧部加热器之间设有石墨毡。

其中，所述石墨毡通过螺旋紧固或钼丝缠绕的方式固定于所述石墨护板。

其中，所述石墨毡的厚度为10～35mm，长度为1100～1240mm，高度为200～400mm。

其中，所述石墨毡为由石墨纤维和碳结合剂制成的隔热的石墨毡。

其中，所述下隔热板的上端的四周设有台阶，所述侧隔热板的下端设有与所述台阶相匹配的限位块。

其中，所述高效多晶硅铸锭炉的热场结构与其外部设有的炉壁组成高效多晶硅铸锭炉。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，石墨护板和侧部加热器之间设有石墨毡，使侧部加热器对坩埚中硅料的直接热辐射降低，坩埚边缘和中心的温差降低，避免造成边缘温度过高、中心温度过低，降低了横向温度梯度，使热场横向温度曲线趋于平直，因此，在硅料熔化阶段，硅料按照从上向下的顺序熔化，熔化界面较平直，籽晶碎硅料预留高度较均匀，有效的保证了高效铸锭的可操作性和成功率；在长晶阶段，热场横向温度曲线较平直，晶体生长界面形状趋向平直，坩埚底部籽晶碎硅料预留高度较均匀，在顶部加热器的作用下，以预留碎硅料为形核中心竖直向上生长成柱状的均匀细小的晶粒，提高了硅锭晶粒的均匀度。本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构，有效提高铸锭晶体的品质，减少多晶硅的内部缺陷，并且提高热能利用率，减少了能耗。

附图说明

图1为现有技术中的常规的多晶硅铸锭炉的热场结构的结构示意图；

图2为本实用新型的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构的结构示意图。

附图标记如下：1-顶隔热板；2-侧隔热板；3-坩埚；4-定向凝固块；5-炉壁；6-顶部加热器；7-石墨护板；8-侧部加热器；9-隔热挡条；10-下隔热板；11-石墨毡。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1为现有技术中的常规的多晶硅铸锭炉的热场结构的结构示意图，如图2所示，本实用新型的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，包括坩埚3、隔热笼组件以及设于隔热笼组件内部的加热器部件，隔热笼组件包括固设于坩埚3的上方的顶隔热板1、设于坩埚3的两侧的侧隔热板2、及设于坩埚3的下方的下隔热板10，侧隔热板2的底端可分离地搭接在下隔热板10的对应的端部，侧隔热板2连接有可驱动其上下移动的升降机构；坩埚3的底部与下隔热板10之间设有定向凝固块4，坩埚3和定向凝固块4之间、定向凝固块4与下隔热板10之间均通过隔热挡条9隔开；加热器部件包括设于顶隔热板1与坩埚3之间的顶部加热器6、设于侧隔热板2和坩埚3之间的侧部加热器8；坩埚3的外侧部及底部包覆有石墨护板7；石墨护板7和侧部加热器8之间设有石墨毡11；

定向凝固块4进行辐射散热，从而降低坩埚3的底部的温度，隔热挡条9可以防止底部温度散热太快使顶底温差过大，提高热能利用率，减少了能耗。石墨毡11降低了侧部加热器8对硅料的直接辐射，使坩埚3的边缘和中心的温差降低，使硅料按照从上向下的顺序熔化，熔化界面较平直。

其中，石墨毡11通过螺旋紧固或钼丝缠绕的方式固定于石墨护板7。

其中，石墨毡11的厚度为10～35mm，长度为1100～1240mm，高度为200～400mm。

其中，石墨毡11为由石墨纤维和碳结合剂制成的隔热的石墨毡。

其中，下隔热板10的上端的四周设有台阶，侧隔热板2的下端设有与台阶相匹配的限位块，这种结构使侧隔热板2与下隔热板10搭接更紧密，保证热场的闭合。

其中，高效多晶硅铸锭炉的热场结构与其外部设有的炉壁5组成高效多晶硅铸锭炉，炉壁5中装有的冷却水可以带走热量有助于快速降温。

本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构工作时：

在硅料熔化阶段，侧隔热板2与下隔热板10相搭接，整个热场闭合，把石墨毡11固定在坩埚石墨护板7上，开启加热器部件，侧部加热器8对硅料的直接辐射影响降低，坩埚3的边缘和中心的温差降低，坩埚3中的硅料按照从上向下的顺序熔化，熔化界面较平直，籽晶碎硅料预留高度较均匀。

在长晶阶段，侧隔热板2由升降机构驱动上移，下隔热板10保持不动，定向凝固块4进行辐射散热，隔热挡条9避免了大量热能直接从底部散发出去造成能源浪费；同时，热场横向温度曲线较平直，晶体生长界面形状趋向平直，坩埚底部籽晶碎硅料预留高度较均匀，在顶部加热器的作用下，以预留碎硅料为形核中心竖直向上生长成柱状的均匀细小的晶粒，提高了硅锭晶粒的均匀度。

在退火阶段，侧隔热板2由升降机构驱动下移与下隔热板10搭接形成闭合热场，避免坩埚底部散热过快，降低顶底温度差，减小晶体的长晶应力从而减少晶体缺陷的产生。

在冷却阶段，关闭加热器部件，侧隔热板2由升降机构驱动上移，由炉壁5夹层中的冷却水将热量带走，达到快速散热的目的。

实施例

以投料量为1150Kg的硅原料铸造G7硅锭为例，分别采用常规铸锭炉热场结构(如图1所示)和本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构(如图2所示)，采用底部铺设碎多晶硅料的方式连续进行高效铸锭，对比两种热场结构所铸硅锭的晶体品质，晶粒形貌和铸锭能耗等，对比结果如表1所示：

表1

整个铸锭过程，两种热场铸锭工艺运行时间基本一样，与常规铸锭炉热场结构相比，使用本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构，坩埚的石墨护板的外侧包裹石墨毡，而坩埚底部碎硅料籽晶预留高度偏差较小，高效硅锭柱状晶粒更细小均匀，硅锭底部和中上部晶粒大小差别较小，硅锭平均少子寿命及高效硅锭晶粒成品率更高，硅锭良品率有一定提升，并且有效的节能降耗。

因此，本实用新型的高效多晶硅铸锭炉的热场结构，可以有效提高铸锭晶体的品质，减少多晶硅的内部缺陷，并且提高热能利用率，减少了能耗。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (6)

1.一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，包括坩埚(3)、隔热笼组件以及设于所述隔热笼组件内部的加热器部件，其特征在于，所述隔热笼组件包括固设于所述坩埚(3)的上方的顶隔热板(1)、设于所述坩埚(3)的两侧的侧隔热板(2)、及设于所述坩埚(3)的下方的下隔热板(10)，所述侧隔热板(2)的底端可分离地搭接在所述下隔热板(10)的对应的端部，所述侧隔热板(2)连接有可驱动其上下移动的升降机构；

所述坩埚(3)的底部与所述下隔热板(10)之间设有定向凝固块(4)，所述坩埚(3)和所述定向凝固块(4)之间、所述定向凝固块(4)与所述下隔热板(10)之间均通过隔热挡条(9)隔开；

所述加热器部件包括设于所述顶隔热板(1)与所述坩埚(3)之间的顶部加热器(6)、设于所述侧隔热板(2)和所述坩埚(3)之间的侧部加热器(8)；

所述坩埚(3)的外侧部及底部包覆有石墨护板(7)；

所述石墨护板(7)和所述侧部加热器(8)之间设有石墨毡(11)。

2.根据权利要求1所述的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，其特征在于，所述石墨毡(11)通过螺旋紧固或钼丝缠绕的方式固定于所述石墨护板(7)。

3.根据权利要求1所述的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，其特征在于，所述石墨毡(11)的厚度为10～35mm，长度为1100～1240mm，高度为200～400mm。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，其特征在于，所述石墨毡(11)为由石墨纤维和碳结合剂制成的隔热的石墨毡。

5.根据权利要求1所述的一种高效多晶硅铸锭炉的热场结构，其特征在于，所述下隔热板(10)的上端的四周设有台阶，所述侧隔热板(2)的下端设有与所述台阶相匹配的限位块。

6.根据权利要求1所述的一种高效多晶硅铸锭炉，其特征在于，所述高效多晶硅铸锭炉的热场结构与其外部设有的炉壁(5)组成高效多晶硅铸锭炉。