CN211339738U - 铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铸锭炉，其包括供晶体硅铸锭成型的坩埚、升降设置于所述坩埚上侧的进气管以及固定连接至所述进气管下端并可随所述进气管同步升降的盖板，所述进气管的下端连通至所述盖板下侧空间，所述盖板在下降至所述坩埚内部时，其周侧边缘与所述坩埚内壁形成有间隙；基于本实用新型所提供的铸锭炉，在硅锭的铸锭过程中，可通过进气管的升降实现盖板与坩埚内硅料上表面之间距离的调节，进而避免盖板下侧产生涡流现象，使得硅料上侧含有碳、氧等杂质的气体快速排出，能有效降低硅锭中的碳、氧含量，提高硅锭品质。

Description

铸锭炉

技术领域

本实用新型涉及光伏制造领域，尤其涉及一种铸锭炉。

背景技术

光伏多晶硅锭以其高性价比一直是太阳能电池的重要原料，但现有技术中，高碳含量与高氧含量严重影响多晶硅的品质。其中，高碳含量(6-15ppm)会使得硅锭铸锭过程中有碳化硅颗粒析出，该析出的碳化硅导致硅锭硬度增大，进而加大硅锭后续的切割难度，如此使得硅锭的出片率降低、加工成本增加；而且采用高碳含量硅片制得的电池片漏电流也会大幅增加。此外，硅片中高氧含量(0.5-8ppm)会导致相应电池片存在一定的功率光致衰减(LID)。

现有技术中，参考图1所示，用于硅锭铸锭成型的铸锭炉包括隔热笼500′、设置于隔热笼500′内的坩埚100′、穿过隔热笼500′顶部用以向坩埚100′内通入氩气(Ar)等惰性气体的进气管200′、设置于坩埚周边的护板41′、设置于坩埚底部的底板41′、以及设置于底板41′下侧的热交换块600′等；其中，通常护板41′的上侧边缘高于坩埚100′的上侧边缘，铸锭炉还具有由护板41′上侧边缘支撑以对坩埚100′上侧形成遮盖的盖板300′，盖板300′设置有供进气管200′向下输送氩气(Ar)等惰性气体的进气口，护板41′的上侧边缘与盖板300′之间形成有供氩气(Ar)等惰性气体排除的排气口。

在铸锭炉具体应用过程中，由于铸锭炉内如进气管200′、盖板300′、护板41′等热场内的器件都采用耐高温的石墨材料、碳纤维材料或碳碳复合材料等制作而成，在高温铸锭时，熔融硅料中挥发的一氧化硅与这些材料接触会生成一氧化碳等杂质气体。

基于现有技术，由进气管200′流入的惰性气体(如氩气)可导入至盖板300′下侧，从而带走坩埚内的CO等杂质气体，使得硅料尽可能不受到杂质气体污染。然由于现有技术中盖板300′是由护板41′支撑设置的(如图1所示)，其与硅料之间通常具有相对较大的距离，如此会导致流动的惰性气体在盖板300′下侧形成涡流；而且在坩埚100′内硅料熔化过程中，盖板300′与硅料上表面之间的距离会进一步逐渐增大，基于该不断增加的距离，流动惰性气体在盖板300′下侧所形成的涡流现象会愈加明显。盖板300′下侧的涡流现象使得含有碳、氧的杂质气体长期滞留在坩埚100′上侧空间，进而溶入熔融的硅料中，使得最终形成的硅锭具有相对较高碳、氧含量。

基于此，有必要提供一种能够解决以上问题的技术方案。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种铸锭炉，其具体设计方式如下。

一种铸锭炉，包括供晶体硅铸锭成型的坩埚，所述铸锭炉还包括升降设置于所述坩埚上侧的进气管以及固定连接至所述进气管下端并可随所述进气管同步升降的盖板，所述进气管的下端连通至所述盖板下侧空间，所述盖板在下降至所述坩埚内部时，其周侧边缘与所述坩埚内壁形成有间隙。

进一步，所述铸锭炉还具有与所述进气管连接用以提升或降低所述进气管高度的提升装置。

进一步，所述盖板与所述进气管一体成型。

进一步，所述进气管的内径尺寸范围为4cm-30cm。

进一步，所述间隙尺寸范围为1cm-20cm。

进一步，所述盖板与所述进气管由石墨材料或碳碳复合材料制成。

进一步，所述盖板上还设置有若干通孔。

进一步，自所述盖板边缘指向内部的方向上，所述盖板单位面积上所述通孔的开口面积之和呈逐渐减小的趋势。

进一步，所述铸锭炉还具有设置于所述坩埚周边的石墨护板以及设置于所述坩埚底部的石墨底板。

进一步，所述铸锭炉还具有隔热笼，所述隔热笼内形成有供设置所述坩埚的收容腔，所述进气管贯穿所述隔热笼的顶壁且相对所述顶壁上下移动设置。

本实用新型的有益效果是：基于本实用新型所提供的铸锭炉，在硅锭的铸锭过程中，可通过进气管的升降实现盖板与坩埚内硅料上表面之间距离的调节，进而避免盖板下侧产生涡流现象，使得硅料上侧含有碳、氧等杂质的气体快速排出，能有效降低硅锭中的碳、氧含量，提高硅锭品质。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1所示为现有技术中铸锭炉的部分结构示意图；

图2所示为本实用新型中铸锭炉的部分结构示意图；

图3所示为本实用新型铸锭炉坩埚内硅料融化初期的示意图；

图4所示为本实用新型铸锭炉坩埚内硅料融化后期的示意图；

图5所示为本实用新型中铸锭炉的改进结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图2所示，本实用新型所提供的铸锭炉包括供晶体硅铸锭成型的坩埚100。铸锭炉还包括升降设置于坩埚100上侧的进气管200以及固定连接至进气管200下端并可随进气管200同步升降的盖板300，进气管200的下端连通至盖板300下侧空间。可以理解，盖板300上必然设置有与进气管200下端配合供进气管200连通至盖板300下侧空间的进气口，在晶体硅铸锭成型过程中，由进气管200通入至盖板300下侧空间的气体通常为氩气等惰性气体。

在本实用新型中，盖板300在下降至坩埚100内部时，其周侧边缘与坩埚100内壁形成有间隙300a。参考图2所示，盖板300可随进气管200同步上升或下降，如此，在硅锭的铸锭过程中，可通过进气管200的升降来实现盖板300与坩埚100内硅料700上表面之间距离的调节。

进一步结合图3、图4所示，当坩埚100内的硅料700未融化时，硅料700的上端面通常具有相对较高的高度；而在坩埚100内的硅料700受热逐渐融化的过程中，硅料700上端面的水平高度会逐渐降低。在此过程中，通过上下调节进气管200高度可有效控制盖板300下表面与硅料700上端面之间的距离，且在硅料700完全融化时，盖板300通常需要进入直坩埚100内，此时由进气管200进入硅料700上侧的惰性气体由盖板300周侧边缘与坩埚100内壁之间形成的间隙300a排出。

在整个铸锭过程中，本实用新型所涉及的铸锭炉通过将盖板300下表面与硅料700上端面之间的距离控制在相对较窄的范围内时，可以有效避免盖板300下侧产生涡流现象。如此使得硅料700上侧含有碳、氧等杂质的气体可快速被惰性气体带出，进而可有效降低硅锭中的碳、氧含量，提高硅锭品质。

在具体实施过程中，盖板300下表面与硅料700上端面之间的距离控制在1cm-10cm范围内。由进气管200通入的惰性气体流量为5L/min-100L/min。

本实用新型中，铸锭炉还具有与进气管200连接用以提升或降低进气管200高度的提升装置(图中未展示)。

考虑到铸锭炉内的工作温度较高，作为优选实施方式，盖板300与进气管200均由石墨材料或碳碳复合材料等工作温度大于1500℃的结构材料制成。

在一些具体实施例中，盖板300与进气管200一体成型。当然，可以理解盖板300与进气管200也可以分体成型，并通过螺纹等连接结构固定连接，两者在铸锭炉工作过程中呈不可分离形态。

在具体实施过程中，进气管200的内径尺寸D的范围为4cm-30cm。

为使得惰性气体能够在硅料700整个上表面流动，并顺利排出盖板300与坩埚100围设的空间。盖板300在下降至所述坩埚内部时，其周侧边缘与坩埚100内壁之间形成的间隙300a尺寸d范围为1cm-20cm。

作为本实用新型一优选实施方式，参考图5所示，本实施例中所涉及的盖板300上还设置有若干通孔31。基于通孔31的设置，在铸锭过程中，部分携带碳、氧杂质的惰性气体可直接由通孔31排出，进而可进一步降低碳、氧杂质在硅料700上侧空间的滞留时间。

作为进一步优选，参考图5中所示，自盖板300边缘指向内部的方向上，盖板300单位面积上通孔31的开口面积之和呈逐渐减小的趋势。如此，在惰性气体由中间向周边流动时，可避免大量惰性气体直接由盖板300中间区域的通孔31排出，从而确保有足够的惰性气体流至坩埚100的侧壁并由盖板300边缘位置排出，从而使得硅料700上侧的碳、氧杂质能被充分处理。

在本实用新型中，参考图2、图5所示，铸锭炉还具有设置于坩埚100周边的石墨护板41以及设置于坩埚100底部的石墨底板42。

进一步，铸锭炉还具有隔热笼500，隔热笼500内形成有供设置坩埚100的收容腔，进气管200贯穿隔热笼500的顶壁且相对顶壁上下移动设置。在具体实施过程中，隔热笼500可包括设置于外侧的钢架层以及设置于所述钢架层内侧的保温毡层，具体保温毡层可采用碳纤维硬毡或其它耐高温且保温效果好的材料制成。

可以理解，本实用新型所涉及的铸锭炉还包括供安装隔热笼500的炉体(图中未展示)、设置于石墨底板42下侧的热交换快600、以及其它构成铸锭炉的必要构件，具体可参考现有技术，在此不作一一展开描述。

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实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铸锭炉，包括供晶体硅铸锭成型的坩埚，其特征在于，所述铸锭炉还包括升降设置于所述坩埚上侧的进气管以及固定连接至所述进气管下端并可随所述进气管同步升降的盖板，所述进气管的下端连通至所述盖板下侧空间，所述盖板在下降至所述坩埚内部时，其周侧边缘与所述坩埚内壁形成有间隙。

2.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述铸锭炉还具有与所述进气管连接用以提升或降低所述进气管高度的提升装置。

3.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述盖板与所述进气管一体成型。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述进气管的内径尺寸范围为4cm-30cm。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述间隙尺寸范围为1cm-20cm。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述盖板与所述进气管由石墨材料或碳碳复合材料制成。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述盖板上还设置有若干通孔。

8.根据权利要求7所述的铸锭炉，其特征在于，自所述盖板边缘指向内部的方向上，所述盖板单位面积上所述通孔的开口面积之和呈逐渐减小的趋势。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述铸锭炉还具有设置于所述坩埚周边的石墨护板以及设置于所述坩埚底部的石墨底板。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的铸锭炉，其特征在于，所述铸锭炉还具有隔热笼，所述隔热笼内形成有供设置所述坩埚的收容腔，所述进气管贯穿所述隔热笼的顶壁且相对所述顶壁上下移动设置。

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