CN208701251U - 便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，属于多晶硅铸造技术领域。包括：炉体、坩埚护板及惰性气体导气管，所述坩埚护板包括承载底板、周遭挡板及顶部盖板，所述承载底板上安装多晶硅铸锭用石英陶瓷方坩埚，所述周遭挡板靠近所述盖板的一端均匀开设有出气孔，所述顶部盖板中央开设一卡环，所述卡环中央开设一进气孔；所述惰性气体导气管上设置伸缩结构，且一端设置有与所述卡环相匹配的卡扣，所述惰性气体导气管通过所述伸缩结构伸向所述卡环，与所述卡环卡接，以向所述坩埚护板围绕成的密闭空腔内输入惰性气体。该便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉方便拆卸，便于更换石英陶瓷方坩埚，且实现降低多晶硅铸锭炉碳含量的目的。

Description

便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉

技术领域

本实用新型属于多晶硅铸造技术领域，尤其涉及一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉。

背景技术

太阳能光伏发电是可持续能源利用的形式之一，近年来在全世界各国都得到了迅速的发展。目前，应用最为普遍的是晶体硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅。碳含量是影响多晶硅性能的重要因素，过高的碳含量容易形成SiC沉淀，在晶体中以替位碳的方式影响了晶体的结构最终影响电学性能使得多晶电池片的转换效率下降，此外，高浓度的碳含量还将影响硅片的机械性能。目前行业内主要采用引入惰性气体的方式进行排杂，惰性气体从石英陶瓷坩埚中央部位被引入，然后从四周排出。这种方式带来的问题是，排气孔过大，则炉内气体和石英陶瓷坩埚内气体容易反混，排气孔过小，石英陶瓷坩埚内气体不能被有效带出，从而导致含碳杂质进入多晶硅内，使碳含量过高。惰性气体进气管固定安装在铸锭炉上，导致批次生产时不方便更换石英陶瓷坩埚，且气体入口距离坩埚较远，容易在坩埚内产生湍流，造成部分杂质气体无法被带出，导致碳含量增高。现有技术公开了部分气流的引导装置，但结构较为复杂，成本较高，且在批次生产时不方便更换石英陶瓷坩埚，不利于工业化大批量生产应用。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种能够有效降低含碳量且方便在批次生产时更换石英陶瓷坩埚的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，包括炉体、坩埚护板及惰性气体导气管，所述炉体包括活动连接的上炉体及下炉体，所述坩埚护板固定连接于所述下炉体内部，且能够容置于所述上炉体内，以加热所述坩埚护板内的石英陶瓷方坩埚，所述惰性气体导气管活动连接于所述上炉体顶端，且一端伸入所述炉体内，以向所述坩埚护板内导入惰性气体；所述坩埚护板包括承载底板、周遭挡板及顶部盖板，所述承载底板、所述周遭挡板与所述顶部盖板能够围绕组成密闭空腔，所述承载底板固定于所述下炉体内，以安装多晶硅铸锭用石英陶瓷方坩埚，所述周遭挡板与石英陶瓷方坩埚外壁紧密接触，且所述周遭挡板高度大于石英陶瓷方坩埚高度，所述周遭挡板靠近所述盖板的一端均匀开设有出气孔，以排出惰性气体携带的含碳气体，所述顶部盖板中央开设一卡环，所述卡环中央开设一进气孔；所述惰性气体导气管上设置伸缩结构，且伸入炉体内的一端设置有与所述卡环相匹配的卡扣，所述惰性气体导气管通过所述伸缩结构伸向所述卡环，所述卡扣与所述卡环卡接，以直接向所述坩埚护板围绕成的密闭空腔内输入惰性气体。

优选地，所述惰性气体导气管包括固定套管及活动套管，所述固定套管固定于所述上炉体上，且设置有内螺纹，所述活动套管设置有与所述固定套管内螺纹匹配的外螺纹，且伸入所述炉体内的一端设置所述卡扣，转动所述活动套管，以使所述卡扣远离或靠近所述卡环。

优选地，所述周遭挡板四个表面左上角或右上角分别开设所述出气孔。

优选地，所述排气孔为正方形，边长为40mm～60mm。

优选地，所述排气孔下边沿到石英陶瓷方坩埚上边沿的垂直距离为20mm～30mm。

优选地，所述周遭护板上设置有三角破涡板，所述三角破涡板位于排气孔与石英陶瓷方坩埚之间。

优选地，所述周遭挡板采用高纯石墨材料，所述盖板采用高纯石墨材料。

优选地，所述惰性气体引入管远离所述炉体的一端设置有惰性气体流量控制器，以控制输入所述坩埚护板内的惰性气体流量。

由上述技术方案可知，本实用新型提供了一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，有益效果是：将所述惰性气体导气管直接连接于所述坩埚护板的所述顶部盖板上，缩短了惰性气体到石英陶瓷方坩埚的距离，使惰性气体直接作用于所述坩埚护板形成的密闭空腔内，有效带出了所述坩埚护板的密闭空腔内产生的含碳气体，且防止了所述坩埚护板外部含碳气体反混进入所述坩埚护板的密闭空腔内，从而有效的降低了所生产的多晶硅的含碳量。同时，通过设置在所述惰性气体导气管上的伸缩结构以及所述卡扣与所述卡环的卡接形式，便于在批次生产中更换石英陶瓷方坩埚，提高工作效率。通过设置三角破涡板，以防止杂质气体形成涡流滞留在石英陶瓷方坩埚内，进一步降低所生产的多晶硅的碳含量。

附图说明

图1是一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉结构示意图。

图2是所述套管与所述坩埚护板结合示意图。

图中：便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉10、石英陶瓷方坩埚20、炉体100、上炉体101、下炉体102、坩埚护板200、承载底板201、周遭挡板202、排气孔2021、顶部盖板203、卡环2031、三角破涡板2022、惰性气体导气管300、伸缩结构301、固定套管310、活动套管320、卡扣302、惰性气体流量控制器303。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案做进一步的详细阐述。

请一并参看图1、图2，在一较佳实施例中，一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉10，包括炉体100、坩埚护板200及惰性气体导气管300，所述炉体100包括活动连接的上炉体101及下炉体102，所述上炉体101与所述下炉体102通过螺栓可拆卸连接，以方便更换容置于所述下炉体102上的石英陶瓷方坩埚20。所述坩埚护板200活动连接于所述下炉体102内部，且能够容置于所述上炉体101内，实际生产中，所述坩埚护板200紧密贴合石英陶瓷方坩埚20外壁，以保护石英陶瓷方坩埚20，避免其损坏，导致多晶硅熔液泄露，可理解为装有石英陶瓷方坩埚20的所述坩埚护板200容置于所述下炉体102中，所述下炉体102向上与所述上炉体101闭合，装有石英陶瓷方坩埚20的所述坩埚护板200容置于所述炉体内，以通过所述上炉体101和所述下炉体102中的热场加热熔融石英陶瓷方坩埚20中的多晶硅铸锭。

所述惰性气体导气管300活动连接于所述上炉体101顶端，且一端伸入所述炉体100内，所述坩埚护板200包括承载底板201、周遭挡板202及顶部盖板203，所述承载底板201、所述周遭挡板202与所述顶部盖板203能够围绕组成密闭空腔，所述承载底板201上安装多晶硅铸锭用石英陶瓷方坩埚20，所述周遭挡板202与石英陶瓷方坩埚20外壁紧密接触，且所述周遭挡板202高度大于石英陶瓷方坩埚20高度，所述周遭挡板202靠近所述盖板203的一端均匀开设有排气孔2021，以将所述坩埚护板200密闭空腔内惰性气体携带的含碳气体排出。所述顶部盖板203中央设置一卡环2031，所述卡环2031中央开设一进气孔；所述惰性气体导气管300上设置伸缩结构301，且伸入炉体内的一端设置有与所述卡环2031相匹配的卡扣302，所述惰性气体导气管300通过所述伸缩结构301伸向所述卡环2031，所述卡扣302与所述卡环2031卡接，以直接向所述坩埚护板200围绕成的密闭空腔内输入惰性气体，如此，缩短了惰性气体到石英陶瓷方坩埚20的距离，使惰性气体直接作用于所述坩埚护板200形成的密闭空腔内，有效带出了所述坩埚护板200的密闭空腔内产生的含碳气体，且防止了所述坩埚护板200外部含碳气体反混进入所述坩埚护板200的密闭空腔内，从而有效的降低了所生产的多晶硅的含碳量。

实际生产中，每完成一次多晶硅铸锭的熔融，就得将所述上炉体101和所述下炉体102拆开，以更换容置于所述坩埚护板200中的石英陶瓷方坩埚20，进行下一次生产。通过设置的所述带有所述伸缩结构301的所述惰性气体导气管300，使得所述惰性气体导气管300与所述坩埚护板200能够实现紧密的结合，避免进入所述坩埚护板200空腔内的惰性气体量不足，或形成反混，导致多晶硅碳含量增加，同时，在更换生产的时候，更方便快捷的拆卸，实现所述惰性气体导气管300与所述坩埚护板200快速分离，提高更换石英陶瓷方坩埚20的工作效率。

本实施例中，所述惰性气体导气管300包括固定套管310及活动套管320，所述固定套管310固定于所述上炉体101上，且设置有内螺纹，所述活动套管320设置有与所述固定套管内螺纹匹配的外螺纹，且伸入所述炉体内的一端设置所述卡扣302，转动所述活动套管320，以使所述卡扣302远离或靠近所述卡环2031。

一实施例中，所述周遭挡板202四个表面左上角或右上角分别开设所述出气孔2021，以使携带含碳杂质的惰性气体顺利排出，同时防止所述坩埚护板200外部含碳杂质气体反混进入所述坩埚护板200的密闭空腔内。

例如，所述排气孔2021为正方形，边长为40mm，此时，化料过程中向石英陶瓷方坩埚20中通入惰性气体(优选为氩气)的流量为40L/min，长晶过程通入惰性气体(优选为氩气)的流量为30L/min，实验得到的铸锭中央方锭C16顶部替位碳含量以及中央方锭C16底部替位碳含量均比正常工艺设备生产的铸锭降低约40％，具体实验数据参见表1。

表1 40mm排气孔2021降低碳含量实验数据表

再例如，所述排气孔2021为正方形，边长为60mm，此时，化料过程中向石英陶瓷方坩埚20中通入惰性气体(优选为氩气)的流量为50L/min，长晶过程通入惰性气体(优选为氩气)的流量为35L/min，实验得到的铸锭中央方锭C16顶部替位碳含量以及中央方锭C16底部替位碳含量均比正常工艺设备生产的铸锭降低约50％，而相比所述排气孔2021为正方形，边长为40mm的情况，亦有稍微降低。具体实验数据参见表2。

表2 60mm排气孔2021降低碳含量实验数据表

进一步地，在一实施例中，所述排气孔2021下边沿到石英陶瓷方坩埚20上边沿的垂直距离为20mm。另一实施例中，所述排气孔2021下边沿到石英陶瓷方坩埚上边沿的垂直距离为30mm。以在保证一定气相空间的基础上尽可能减少所述排气孔2021到多晶硅铸锭熔融液液面的距离，避免在局部形成涡流，导致部分含碳气体杂质无法被带出，进而导致碳含量增加。

请一并参看图2，另一较佳实施例中，所述周遭护板202上设置有三角破涡板2022，所述三角破涡板2022位于排气孔2021与石英陶瓷方坩埚20之间，以破坏在所述坩埚护板拐角形成的涡流，引导含碳杂质气体被顺利带出。

进一步地，所述周遭挡板202采用高纯石墨材料，所述盖板203采用高纯石墨材料，以减少碳杂质的析出排放，从根源上降低多晶硅铸锭的碳含量。

请参看图2，又一较佳实施例中，所述惰性气体引入管300远离所述炉体100的一端设置有惰性气体流量控制器303，以控制输入所述坩埚护板200内的惰性气体流量。以根据实际生产需要，调节惰性气体流量，达到最优的配比，即在经济合理的基础上，通过调节惰性气体流量来降低多晶硅铸锭的碳含量。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于：包括炉体、坩埚护板及惰性气体导气管，所述炉体包括活动连接的上炉体及下炉体，所述坩埚护板固定连接于所述下炉体内部，且能够容置于所述上炉体内，以加热所述坩埚护板内的石英陶瓷方坩埚，所述惰性气体导气管活动连接于所述上炉体顶端，且一端伸入所述炉体内，以向所述坩埚护板内导入惰性气体；

所述坩埚护板包括承载底板、周遭挡板及顶部盖板，所述承载底板、所述周遭挡板与所述顶部盖板能够围绕组成密闭空腔，所述承载底板固定于所述下炉体内，以安装多晶硅铸锭用石英陶瓷方坩埚，所述周遭挡板与石英陶瓷方坩埚外壁紧密接触，且所述周遭挡板高度大于石英陶瓷方坩埚高度，所述周遭挡板靠近所述盖板的一端均匀开设有出气孔，以排出惰性气体携带的含碳气体，所述顶部盖板中央开设一卡环，所述卡环中央开设一进气孔；

所述惰性气体导气管上设置伸缩结构，且伸入炉体内的一端设置有与所述卡环相匹配的卡扣，所述惰性气体导气管通过所述伸缩结构伸向所述卡环，所述卡扣与所述卡环卡接，以直接向所述坩埚护板围绕成的密闭空腔内输入惰性气体。

2.如权利要求1所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述惰性气体导气管包括固定套管及活动套管，所述固定套管固定于所述上炉体上，且设置有内螺纹，所述活动套管设置有与所述固定套管内螺纹匹配的外螺纹，且伸入所述炉体内的一端设置所述卡扣，转动所述活动套管，以使所述卡扣远离或靠近所述卡环。

3.如权利要求1所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述周遭挡板四个表面左上角或右上角分别开设所述出气孔。

4.如权利要求2所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述出气孔为正方形，边长为40mm～60mm。

5.如权利要求3所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述出气孔下边沿到石英陶瓷方坩埚上边沿的垂直距离为20mm～30mm。

6.如权利要求4所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述周遭挡板上设置有三角破涡板，所述三角破涡板位于排气孔与石英陶瓷方坩埚之间。

7.如权利要求1所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述周遭挡板采用高纯石墨材料，所述盖板采用高纯石墨材料。

8.如权利要求1所述的便捷生产低碳含量多晶硅的铸锭炉，其特征在于，所述惰性气体引入管远离所述炉体的一端设置有惰性气体流量控制器，以控制输入所述坩埚护板内的惰性气体流量。