CN210438863U - 多晶硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉，包括顶部保温板、坩埚盖板和气路结构，所述气路结构包括穿过所述顶部保温板和所述坩埚盖板连通于所述坩埚内的进气管、穿过所述坩埚盖板和顶部保温板连通所述坩埚内与所述铸锭炉外的若干排气、位于所述顶部保温板外的气路保温板，位于所述顶部保温板外的部分所述排气管内置于所述气路保温板内。通过设置气路保温板，对流出所述顶部保温板后温度急剧下降的杂质气体起到保温的效果，防止杂质气体在排气管的管壁上凝结造成堵塞。

Description

多晶硅铸锭炉

技术领域

本申请涉及多晶硅铸锭技术领域，尤其涉及一种能够有效排除杂质气体的多晶硅铸锭炉。

背景技术

最近几年，太阳能光伏发电作为一种清洁、高效的可再生能源技术，获得了迅猛地发展。目前太阳能光伏发电主要使用硅晶体材料，其中超过50％使用多晶硅铸锭炉生产的多晶硅铸锭。

与直拉单晶硅相比，多晶硅铸锭含有较多的杂质(如碳含量)。碳含量过高，会使得多晶硅棒的机械性能发生改变，甚至析出SiC，这些都会严重影响多晶硅棒的切片效果。而且，随着金刚线切片工艺在多晶硅铸锭上的推广，在切片成本下降的同时，对于多晶硅棒中的碳含量要求也更高。因此，如何有效降低多晶硅锭中的碳含量成为行业内重要的研究课题。

多晶硅锭中的碳主要来自于多晶硅铸锭炉热场。由于多晶硅铸锭炉热场基本为含碳材料，如坩埚护板、盖板，四周的保温材料，在高温下与硅熔体挥发出的SiO气体发生反应：

SiO+2C＝SiC+CO，

而CO气体又重新与硅熔体发生反应：

Si+CO＝SiC+O(m)，

最终碳元素被引入至硅熔体内。因此，将SiO和CO气体及时有效地排出以减少与热场和硅熔体反应就尤为重要。

目前行业主要采用传统气路结构，传统气路结构采用的是开槽护板，以使气体从开槽位置排出，最终由连接炉体的外接气路排出多晶硅铸锭炉。但是这种方式排出的气体需经历很长的路径，增加了与热场接触的几率。在与热场材料发生反应的同时，也会使得热场材料粉化，影响保温效果。而且，这种方式也会在坩埚盖板下形成气体回流，不能有效地排出气体。

有鉴于此，有必要提供一种多晶硅铸锭炉，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供提供一种能够有效排除杂质气体的多晶硅铸锭炉。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多晶硅铸锭炉，包括：

隔热笼，所述隔热笼包括顶部保温板；

内置于所述隔热笼内的坩埚，所述坩埚包括坩埚盖板；

气路结构，所述气路结构包括穿过所述顶部保温板和所述坩埚盖板连通于所述坩埚内的进气管、穿过所述坩埚盖板和顶部保温板连通所述坩埚内与所述铸锭炉外的若干排气管、位于所述顶部保温板外的气路保温板，位于所述顶部保温板外的部分所述排气管内置于所述气路保温板内。

作为本实用新型的进一步改进，所述坩埚盖板中心设有第一进气孔，所述顶部保温板中心设有第二进气孔，所述进气管穿过所述第二进气孔和所述第一进气孔连通所述多晶硅铸锭炉外与所述坩埚内。

作为本实用新型的进一步改进，所述坩埚盖板的周缘设有复数第一排气孔，所述顶部保温板的周缘设有复数第二排气孔，复数第二排气孔与复数第一排气孔一一对应，所述排气管包括连通所述第一排气孔与所述第二排气孔的第一排气管、内置于所述气路保温板内的第二排气管、连通所述第二排气管与所述多晶硅铸锭炉外的复数第三排气管。

作为本实用新型的进一步改进，所述坩埚盖板上具有四个所述第一排气孔，且四个所述第一排气孔分布于所述坩埚盖板上的四个角。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一排气孔与所述第一进气孔之间的距离为500mm～550mm之间。

作为本实用新型的进一步改进，第一进气孔的半径介于50mm～55mm，所述第一排气孔的半径介于25mm～35mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二进气孔的半径介于55mm～60mm，所述第二排气孔的半径介于30mm～40mm，第二排气孔与第一排气孔之间的距离为500mm～550mm之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述进气管、所述第一排气管、所述第三排气管均沿竖直方向延伸。

作为本实用新型的进一步改进，所述排气管为石墨管或石英管。

作为本实用新型的进一步改进，第二排气管内嵌在所述气路保温板中，所述第二排气管还包括包覆于所述第二排气管内壁上的石墨软毡

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过设置气路保温板，对流出所述顶部保温板后温度急剧下降的杂质气体起到保温的效果，防止杂质气体在排气管的管壁上凝结造成堵塞，保证杂质气体能够顺利排出。

附图说明

图1为本申请较佳实施例的多晶硅铸锭炉结构示意图；

图2为图1所示多晶硅铸锭炉的顶部保温板示意图；

图3为图1所示多晶硅铸锭炉的坩埚盖板示意图；

图4为图1所示多晶硅铸锭炉的坩埚护板示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

请参阅图1～图4所示，为本申请的多晶硅铸锭炉100，其包括炉体1、位于所述炉体1内的隔热笼2、内置于所述隔热笼2内的坩埚3和热交换台4、气路结构5。将硅料置于坩埚3内，通过热交换台4进行热交换完成铸锭，铸锭过程中通过气路结构5向坩埚3内通入保护气体、排除杂质气体。

具体地，所述隔热笼2包括底部保温板21、侧部保温板22、顶部保温板 23，构成一可打开可封闭的热炉。

所述坩埚3包括坩埚底板31、自所述坩埚底板31周缘向上延伸的坩埚护板32、置于所述坩埚护板32之上的坩埚盖板33；所述热交换台4位于所述坩埚3底部。

所述气路结构5包括向坩埚3内导入保护气体的进气管51、向所述炉体1 外排出杂质气体的排气管52。

所述进气管51依次穿过所述顶部保温板23和所述坩埚盖板33连通于所述坩埚3内；具体地，所述坩埚盖板33中心设有第一进气孔331，所述顶部保温板23中心设有第二进气孔231，所述进气管51穿过所述第二进气孔231和所述第一进气孔331连通所述多晶硅铸锭炉100外与所述坩埚3内，且所述进气管51与外界保护气源连接，保护气体从所述坩埚3的中央位置处进入坩埚3 内，流经硅液面后，经由排气路及时有效地排出，避免杂质气体在热场内时间过长而与热场材料发生反应。

所述排气管52穿过所述坩埚盖板33、顶部保温板23连通所述坩埚3内与所述铸锭炉外，且所述气路结构5还包括位于顶部保温板23外的气路保温板 53，位于所述顶部保温板23外的部分所述排气管52内置于所述气路保温板53 内。通过设置气路保温板53，对流出所述顶部保温板23后温度急剧下降的杂质气体起到保温的效果，防止杂质气体在排气管52的管壁上凝结造成堵塞。

具体地，所述坩埚盖板33的周缘设有复数第一排气孔332，所述顶部保温板23的周缘设有复数第二排气孔232，复数第二排气孔232与复数第一排气孔 332一一对应，所述排气管52包括连通所述第一排气孔332与所述第二排气孔 232的第一排气管521、内置于所述气路保温板53内的第二排气管522、连通所述第二排气管522与所述多晶硅铸锭炉100外的复数第三排气管523。

所述第一排气孔332设置于所述坩埚盖板33上，因此所述坩埚护板32为封闭结构。所述进气管51、所述坩埚3、所述排气管52共同构成密闭式结构，铸锭过程中，保护气从所进气管51进入所述坩埚3内，产生的杂质气体向四周扩散，通过排气管52及时被排出，减少杂质气体与硅熔体接触的几率，并且不会飘散至炉腔中，损伤保温材料。

复数第一排气孔332均匀分布于所述第一进气孔331周围，因此复数第一排气管521均匀围绕于第一进气管51的周围，产生的杂质气体向四周扩散，能够及时且有效地排除，整个腔体内无排气死角。

优选地，所述坩埚盖板33上具有四个所述第一排气孔332，且四个所述第一排气孔332分布于所述坩埚盖板33上的四个角，能够避免坩埚3顶部的角落里面形成涡流，排气效果更佳。

另外，所述第一排气孔332与所述第一进气孔331之间的距离为 500mm～550mm之间，既能够保证进入的保护气体的流通路径，使得保护气体最大面积地流过液体硅面，又能保证杂质气体的及时排出。

优选地，所述第一进气孔331的半径介于50mm～55mm；能够适应常规的多晶硅铸锭工艺中对保护气流大小的要求。所述第一排气孔332的半径介于 25mm～35mm，复数个所述第一排气孔332能够保证杂质气体的及时排出。所述第一进气孔331的半径和所述第二进气孔231的半径设置能够有效地控制坩埚3内的气压。

相应地，所述第二进气孔231的半径介于55mm～60mm，所述第二排气孔 232的半径介于30mm～40mm；第二排气孔232与第一排气孔332之间的距离为500mm～550mm之间。

另外，所述第一进气孔331与所述第二进气孔231沿竖直方向排布，因此所述进气管51沿竖直方向延伸，保护气体进入时无任何阻力；所述第一排气孔 332、所第二排气孔232沿竖直方向排布，因此第一排气管521沿竖直方向延伸，且第三排气管523沿竖直方向延伸，能够使得杂质气体顺畅地排出。

所述排气管52为石墨管或石英管；或第二排气管522内嵌在所述气路保温板53中时，所述第二排气管522还包括包覆于所述第二排气管522内壁上的石墨软毡；以避免杂质气体腐蚀排气管52壁。

所述多晶硅铸锭炉100还包括其他常规结构，且其他结构均采用现有技术，于此不再赘述，以下结合多晶铸锭生产工艺来对本申请进行详细说明。

向坩埚3内投入硅料等投炉完成后，开启炉外真空泵进行抽真空，达到真空标准后，开启加热器电源开始升温。当运行一定时间后，进气管51开始向炉内通气，排气管52以一定速率向外排出气体，炉内压力开始上升。当硅料开始熔化为液态时，调整排气管52排气的速率，保持炉内压力为40kPa～65kPa，直至长晶完成。长晶完成后，再次调整排气管52排气的速率，保持炉内压力为 60kPa～80kPa。当炉内温度降至400℃时开始炉台程序结束，开炉取出晶锭。

使用同批次硅料进行铸锭实验，产出晶锭碳含量比正常晶锭低3-4ppma；切片良率高于正常晶锭1.5％以上。如下表所示。

分组	同棒号顶部碳含量(ppma)
		实验1	8.256
实验2	9.91
		实验3	9.882
实验平均	9.349
		正常	12.324

分组	切片良率
		实验1	95.32％
实验2	95.40％
		实验3	95.17％
实验平均	95.30％
		正常	93.60％

综上所述，本申请通过设置气路保温板53，对流出所述顶部保温板23后温度急剧下降的杂质气体起到保温的效果，防止杂质气体在排气管52的管壁上凝结造成堵塞，保证杂质气体能够顺利排出。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭炉，包括：

隔热笼，所述隔热笼包括顶部保温板；

内置于所述隔热笼内的坩埚，所述坩埚包括坩埚盖板；

气路结构，所述气路结构包括穿过所述顶部保温板和所述坩埚盖板连通于所述坩埚内的进气管、穿过所述坩埚盖板和顶部保温板连通所述坩埚内与所述铸锭炉外的若干排气管；

其特征在于：所述气路结构还包括位于所述顶部保温板外的气路保温板，位于所述顶部保温板外的部分所述排气管内置于所述气路保温板内。

2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述坩埚盖板中心设有第一进气孔，所述顶部保温板中心设有第二进气孔，所述进气管穿过所述第二进气孔和所述第一进气孔连通所述多晶硅铸锭炉外与所述坩埚内。

3.根据权利要求2所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述坩埚盖板的周缘设有复数第一排气孔，所述顶部保温板的周缘设有复数第二排气孔，复数第二排气孔与复数第一排气孔一一对应，所述排气管包括连通所述第一排气孔与所述第二排气孔的第一排气管、内置于所述气路保温板内的第二排气管、连通所述第二排气管与所述多晶硅铸锭炉外的复数第三排气管。

4.根据权利要求3所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述坩埚盖板上具有四个所述第一排气孔，且四个所述第一排气孔分布于所述坩埚盖板上的四个角。

5.根据权利要求3或4所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第一排气孔与所述第一进气孔之间的距离为500mm～550mm之间。

6.根据权利要求5所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：第一进气孔的半径介于50mm～55mm，所述第一排气孔的半径介于25mm～35mm。

7.根据权利要求6所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述第二进气孔的半径介于55mm～60mm，所述第二排气孔的半径介于30mm～40mm，第二排气孔与第一排气孔之间的距离为500mm～550mm之间。

8.根据权利要求3所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述进气管、所述第一排气管、所述第三排气管均沿竖直方向延伸。

9.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：所述排气管为石墨管或石英管。

10.根据权利要求3所述的多晶硅铸锭炉，其特征在于：第二排气管内嵌在所述气路保温板中，所述第二排气管还包括包覆于所述第二排气管内壁上的石墨软毡。

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