CN211339741U - 晶体硅铸锭炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶体硅铸锭炉，其包括炉体、设置于所述炉体内的隔热笼以及加热器组件，所述加热器组件包括设置于所述隔热笼内与所述隔热笼侧壁相对设置的侧部加热器，所述侧部加热器包括上下分立设置的上侧部加热器及下侧部加热器；基于本实用新型所提供晶体硅铸锭炉的具体结构，在类单晶铸锭的加热化料步骤中，上侧部加热器以相对较高功率运行可以加快硅料的熔化速率，而同时下侧部加热器以相对较低功率可以有效避免铸锭炉内籽晶过分熔化，如此可以在确保后续晶体硅具有较好长晶质量的同时缩短加热化料步骤所耗时间，进而降低类单晶的铸锭成本。

Description

晶体硅铸锭炉

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，尤其涉及一种晶体硅铸锭炉。

背景技术

目前，随着光伏行业的迅速发展，类单晶由于兼具单晶的高转换效率和多晶的低成本优势，已逐渐成为传统单晶及多晶的替代品，受到光伏行业越来越多的关注。在具体生产过程中，类单晶的铸锭过程和常规多晶铸锭流程基本一致，具体包括加热化料、长晶、退火、冷却等几个步骤。目前，在现有技术基础上，如何在确保铸锭质量的前提下进一步压缩类单晶的铸锭周期，进而降低类单晶成本以增加企业竞争力是行业内亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术存在的技术问题之一，为实现上述发明目的，本发明提供了一种晶体硅铸锭炉，其具体设计方式如下。

一种晶体硅铸锭炉，包括炉体、设置于所述炉体内的隔热笼以及加热器组件，所述加热器组件包括设置于所述隔热笼内与所述隔热笼侧壁相对设置的侧部加热器，所述侧部加热器包括上下分立设置的上侧部加热器及下侧部加热器。

进一步，所述晶体硅铸锭炉还包括设置于所述隔热笼内的坩埚以及依次设置于所述坩埚下侧的热交换台及冷却台。

进一步，所述隔热笼包括相对所述炉体固定设置的下隔热笼以及配合于所述下隔热笼上侧的上隔热笼，所述晶体硅铸锭炉还具有用以提升所述上隔热笼的提升装置。

进一步，所述上侧部加热器相对所述上隔热笼固定设置，所述下侧部加热器相对所述下隔热笼固定设置。

进一步，所述上侧部加热器下侧边缘所在平面位于所述上隔热笼下侧边缘所在平面的上侧，所述下侧部加热器上侧边缘所在平面位于所述下隔热笼上侧边缘所在平面的下侧。

进一步，所述加热器组件还包括设置于所述热交换台与所述冷却台之间的底部加热器。

进一步，所述晶体硅铸锭炉还具有附设于所述冷却台供冷却液流动的通道。

进一步，所述晶体硅铸锭炉还具有自所述冷却台周侧向上延伸抵接至所述隔热笼下侧端部的保温部。

进一步，所述加热器组件还包括设置于所述隔热笼内且与所述隔热笼顶壁相对设置的顶部加热器。

进一步，所述隔热笼包括位于外层的钢架层以及固定于所述钢架层内侧的保温层。

本发明的有益效果是：基于本实用新型所提供晶体硅铸锭炉的具体结构，在类单晶铸锭的加热化料步骤中，上侧部加热器以相对较高功率运行可以加快硅料的熔化速率，而同时下侧部加热器以相对较低功率可以有效避免铸锭炉内籽晶过分熔化，如此可以在确保后续晶体硅具有较好长晶质量的同时缩短加热化料步骤所耗时间，进而降低类单晶的铸锭成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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所示为本实用新型晶体硅铸锭炉的整体结构示意图；

图2所示为晶体硅铸锭炉内硅料中心长晶步骤中热量的流动示意图；

图3所示为晶体硅铸锭炉内硅料边角长晶步骤中热量的流动示意图。

图中，100为炉体，200为隔热笼，21为上隔热笼，22为下隔热笼，300为加热器组件，31为侧部加热器，311为上侧部加热器，312为下侧部加热器，32为顶部加热器，33为底部加热器，400为提升装置，500为坩埚，600为热交换器，700为冷却台，71为第一支撑架，800为保温部，81为第二支撑架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参考图1所示，本实用新型所涉及的晶体硅铸锭炉包括炉体100、设置于炉体100内的隔热笼200以及加热器组件300。其中，加热器组件300包括设置于隔热笼200内与隔热笼200侧壁相对设置的侧部加热器31，侧部加热器31包括上下分立设置的上侧部加热器311及下侧部加热器312。

可以理解，在具体实施过程中，隔热笼200于周向上通常具有四个侧壁，每个侧壁均相对设置有侧部加热器31，每个加热器均由上侧部加热器311及下侧部加热器312构成。本实用新型所涉及的晶体硅铸锭炉还具有设置于隔热笼200内的坩埚500，多个侧部加热器31即围设形成一个用于供安置坩埚500的加热腔，多个侧部加热器31共同实现对坩埚500内硅料的加热。

基于本实用新型所提供晶体硅铸锭炉的具体结构，在类单晶铸锭的加热化料步骤中，上侧部加热器311以相对较高功率运行可以加快硅料的熔化速率，而同时下侧部加热器312以相对较低功率可以有效避免铸锭炉内籽晶过分熔化，如此可以在确保后续晶体硅具有较好长晶质量的同时缩短加热化料步骤所耗时间，进而降低类单晶的铸锭成本。

参考图1所示，本实用新型所涉及的晶体硅铸锭炉还包括依次设置于坩埚500下侧的热交换台600及冷却台700。基于热交换台600与冷却台700的设置，在坩埚500内硅料熔化后的长晶步骤中，坩埚500内硅料的热量可通过热交换台600向冷却台700传递，进而在坩埚500内部形成供硅料定向长晶的温度梯度。

为使得冷却台700具有较好的热吸收效果，在一些具体实施例中，晶体硅铸锭炉还具有附设于冷却台700供冷却液流动的通道。具体实施过程中可通过在冷却台700内部设置水路或在其下表面固定导热水管等方式来实现。

作为本实用新型的优选实施方式，热交换台600与冷却台700均可采用导热率较高的石墨材料制成，热交换台600与冷却台700之间通常形成有一定的间隔。

作为本实用新型的进一步优选，参考图1所示，本实施例中所涉及的隔热笼200包括相对炉体100固定设置的下隔热笼22以及配合于下隔热笼22上侧的上隔热笼21，晶体硅铸锭炉还具有用以提升上隔热笼21的提升装置400。具体实施过程中，提升装置400可包括电机以及由电机驱动以带动上隔热笼21上升或下降的丝杠组件(图中均为展示)；当然，可以理解，各种能够实现上隔热笼21上升及下降动作的设计结构都在本实用新型的保护范围内。基于以上设计，在坩埚500内硅料长晶成型的后期，通过提升装置400向上提升上隔热笼21，上隔热笼21与下隔热笼22之间会形成供隔热笼200内部热量向外流动的间隙，可以加快坩埚500内硅料的铸锭成型速度，进而可以进一步缩短硅锭的铸锭周期。

在本实施例的具体实施过程中，上侧部加热器311相对上隔热笼21固定设置，下侧部加热器312相对下隔热笼22固定设置。如此，在采用提升装置400提升上隔热笼21时，下侧部加热器312可随上隔热笼21同步向上移动。

此外，作为优选，参考图1中所示，本具体实施例中，上侧部加热器311下侧边缘所在平面位于上隔热笼21下侧边缘所在平面的上侧，下侧部加热器312上侧边缘所在平面位于下隔热笼22上侧边缘所在平面的下侧。如此，当上隔热笼21向上提升时，上侧部加热器311、下侧部加热器312之间会形成与隔热笼200上间隙相匹配的空间，进而便于隔热笼200内热量的流动。

作为本实用新型的有一优选实施方式，加热器组件300还包括设置于热交换台600与冷却台700之间的底部加热器33。底部加热器33可以在硅料加热化料步骤中配合下侧部加热器312对硅料进行熔化，也可以在退火步骤中配合下侧部加热器312对硅锭下侧进行回温，增加底部加热器33可以进一步优化本实用新型晶体硅铸锭炉的具体铸锭工艺。

为避免硅料加热化料步骤中坩埚500内热量从下侧形成不必要的流失，晶体硅铸锭炉还具有自冷却台700周侧向上延伸抵接至隔热笼200下侧端部的保温部800。

参考图1中所示，本具体实施例中所涉及的加热器组件还包括设置于隔热笼200内且与隔热笼200顶壁相对设置的顶部加热器32。顶部加热器32用于配合上侧部加热器311共同实现隔热笼200内部上侧空间的加热，顶部加热器32的设置也可以进一步优化本实用新型晶体硅铸锭炉的铸锭工艺。

在具体实施过程中，本实用新型中所涉及的隔热笼200包括位于外层的钢架层(图中未展示)以及固定于钢架层内侧的保温层(图中未展示)。其中，保温层具体可采用聚丙烯晴基碳纤维或沥青基碳纤维等材料制成。

此外，参考图1中所示，本实用新型还具有用于固定支撑热交换台600、冷却台700的第一支撑架71以及用于固定支撑保温部800的第二支撑架81。其中，第一支撑架71与第二支撑架81均相对炉体100固定设置。应当理解，第一支撑架71与第二支撑架81的具体形态并不局限图中所说展示结构，例如，在具体应用场景中，第一支撑架71实际可以包括分别独立支撑热交换台600与冷却台700的机构，而不局限于图1中所示的一体形态。

为更好的理解本实用新型，以下结合图2、图3对本实用新型所涉及晶体硅铸锭炉的具体铸锭过程进行阐述。

加热化料步骤：顶部加热器32、上侧部加热器311、下侧部加热器312及底部加热器33先同时开启；在运行一段时间后，顶部加热器32、上侧部加热器311继续以较大功率运行，并适当降低下侧部加热器312与底部加热器33的运行功率，如此在类单晶的铸锭工艺中，能够在坩埚500内硅料以较快速度熔化的同时避免坩埚500底部的籽晶熔化，进而为下一步长晶步骤提供完整的籽晶。

长晶步骤：长晶步骤前后依次包括中心长晶阶段与边角长晶阶段。

其中，参考图2所示，在中心长晶阶段，上隔热笼21不提升，坩埚500底部通过热交换器600将热量传递至冷却台700，如此在坩埚500内部自下至上形成较高质量的温度梯度，坩埚500内部熔融态的硅料在籽晶的晶向基础上自下至上定向长晶直至坩埚500内部只有顶部边角位置处的硅料呈熔融态，进入边角长晶阶段。在实际中心长晶阶段，可以配合调节顶部加热器32、上侧部加热器311、下侧部加热器312、底部加热器33，以在隔热笼200内形成精确的温度梯度。

参考图3所示，在边角长晶阶段，上隔热笼21由提升装置400提升至与下隔热笼22之间形成一定的间隙，基于该间隙，隔热笼200内上侧空间会形成供边角长晶所需要的温度梯度，由于间隙的存在，边角长晶阶段的时间可以大幅缩减，进而缩短晶体硅铸锭周期。此外，在边角长晶阶段，可以同步开启底部加热器33和下侧部加热器312对硅锭底部进行升温，通过控制可以在边角长晶阶段结束完成硅锭铸锭的同时完成硅锭的退火步骤。可以理解，退火步骤在边角长晶阶段同时完成也可进一步降低类单晶的铸锭周期。在实际边角长晶阶段，底部加热器33与和下侧部加热器312可配合运行，进而达到退火步骤在边角长晶阶段内完成。

冷却步骤：关闭顶部加热器32、上侧部加热器311、下侧部加热器312及底部加热器33，由于本实用新型所涉及的铸锭炉可以同步实现坩埚500侧部及底部的散热，可以有效减少硅锭的冷却时间。

基于本实用新型所提供的晶体硅铸锭炉，通过工艺调节，可以有效的降低晶体硅铸锭的加热化料、长晶、退火、冷却等各步骤的时间，进而能大大降低整个铸锭周期，并相应的降低类单晶生产成本。此外，本实用新型中侧部加热器31分为上下两段的方式可以更为精确的控制隔热笼200内的温度，进而能更好的调节铸锭工艺，得到质量更好的类单晶硅锭。

可以理解，本实用新型所提供的晶体硅铸锭炉除了能满足类单晶的铸锭以外，还能适应多晶的铸锭过程，具体铸锭过程在此不作赘述。

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

Claims (10)

1.一种晶体硅铸锭炉，包括炉体、设置于所述炉体内的隔热笼以及加热器组件，其特征在于，所述加热器组件包括设置于所述隔热笼内与所述隔热笼侧壁相对设置的侧部加热器，所述侧部加热器包括上下分立设置的上侧部加热器及下侧部加热器。

2.根据权利要求1所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述晶体硅铸锭炉还包括设置于所述隔热笼内的坩埚以及依次设置于所述坩埚下侧的热交换台及冷却台。

3.根据权利要求2所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热笼包括相对所述炉体固定设置的下隔热笼以及配合于所述下隔热笼上侧的上隔热笼，所述晶体硅铸锭炉还具有用以提升所述上隔热笼的提升装置。

4.根据权利要求3所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述上侧部加热器相对所述上隔热笼固定设置，所述下侧部加热器相对所述下隔热笼固定设置。

5.根据权利要求4所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述上侧部加热器下侧边缘所在平面位于所述上隔热笼下侧边缘所在平面的上侧，所述下侧部加热器上侧边缘所在平面位于所述下隔热笼上侧边缘所在平面的下侧。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述加热器组件还包括设置于所述热交换台与所述冷却台之间的底部加热器。

7.根据权利要求2-5任意一项所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述晶体硅铸锭炉还具有附设于所述冷却台供冷却液流动的通道。

8.根据权利要求2-5任意一项所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述晶体硅铸锭炉还具有自所述冷却台周侧向上延伸抵接至所述隔热笼下侧端部的保温部。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述加热器组件还包括设置于所述隔热笼内且与所述隔热笼顶壁相对设置的顶部加热器。

10.根据权利要求1-5任意一项所述的晶体硅铸锭炉，其特征在于，所述隔热笼包括位于外层的钢架层以及固定于所述钢架层内侧的保温层。

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