[發明專利]多晶硅鑄錠爐的熱場結構

有效

• 申請號: 200710070539.4
• 申請日: 2007-08-23
• 公開（公告）號: CN101109602A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 衛國軍;徐芳華;孫海梁;高杰
• 申請（專利權）人: 浙江精工科技股份有限公司;紹興縣精工機電研究所有限公司
• 主分類號: F27B14/14
• 分類號: F27B14/14
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所
• 代理人: 戴曉翔

技術領域

本發明涉及一種多晶硅鑄錠爐的熱場結構，屬多晶硅鑄錠爐熱場結構的設計與制造技術領域。

技術背景

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源。也是清潔能源。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域，并由此研制和開發了太陽能電池。制作太陽能電池主要是以硅材料為主，是以高純度多晶硅原料定向凝固鑄錠，經各項參數測定，將滿足要求的硅塊切片封裝加工成最終產品。

多晶硅鑄錠爐是一種硅重熔設備，用于生產大量合格的太陽能級多晶硅鑄錠。生產中，將達到一定純度要求的多晶硅裝入爐中，按工藝要求加熱熔化、定向長晶、熱處理、冷卻出爐。多晶硅重熔長晶的這樣一個核心環境，我們稱之為熱場。熱場不單為多晶硅熔化提供大量的熱能，在長晶過程中又提供合理的溫度梯場以得到合乎要求的多晶硅晶體。

鑄造多晶硅中存在大量的晶界，晶界是指晶粒與晶粒之間的分界面，潔凈的晶界不是電活性的，但對少數載流子壽命并無影響或者只有微小的影響，但是雜質易于在晶界處偏聚或沉淀，此時晶界將具有電活性，會顯著降低少數載流子壽命，晶界越多影響越大。但是研究表明，如果晶界垂直于器件表面，晶界對材料的電學性能幾乎沒有影響。而現有多晶硅鑄錠爐由于結構設計上的不足，難以滿足生產要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種設計合理，能有效提高多晶硅加工質量的多晶硅鑄錠爐的熱場結構。

本發明為多晶硅鑄錠爐的熱場結構，包括爐體，其特征在于爐體內設有帶吊桿的保溫隔熱籠體，保溫隔熱籠體的上部設有保溫隔熱頂板，下部設有帶支柱的保溫隔熱底板，保溫隔熱籠體內設有固定于保溫隔熱頂板上的加熱器，固定于支柱頂部帶坩堝的熱交換臺，加熱器和熱交換臺之間設有保溫隔熱環條，支柱的底部固定于爐體的底部。

所述的保溫隔熱環條可通過連接器與保溫隔熱頂板固定連接。

本發明設計合理，由保溫隔熱籠體與保溫隔熱底板、保溫隔熱頂板構成一個封閉的熱場腔室，并由保溫隔熱環條將熱場腔室分成上下兩部分，使之在腔體內形成一個垂直且穩定的溫度梯場，正常生產時，承裝在坩堝中的多晶硅原材料被擱放在熱交換臺上完成整個重熔長晶過程。本發明在實際應用中經測試，不僅能生產出高品質硅錠，也縮短了整個工藝時間，降低了結晶過程中的能耗。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構剖視圖；

圖2為本發明使用狀態時的結構剖視圖。

具體實施方式

本發明主要由爐體1，置于爐體1內帶吊桿12的保溫隔熱籠體2，置于保溫隔熱籠體2上部的保溫隔熱頂板6，下部帶支柱4的保溫隔熱底板5，置于保溫隔熱籠體2內固定于保溫隔熱頂板6上的加熱器7，固定于支柱4頂部帶坩堝13的熱交換臺3，置于加熱器7和熱交換臺3之間的保溫隔熱環條9等構成；支柱4的底部固定于爐體1的底部，保溫隔熱環條9通過連接器10與保溫隔熱頂板6固定連接。

以下結合多晶硅的生產流程對本發明作進一步描述：

將多晶硅原料11裝滿坩鍋13，擱放至熱交換臺3上，操作控制器合緊爐體1，放下保溫隔熱籠體2，使保溫隔熱頂板6、保溫隔熱底板5分別與保溫隔熱籠體2的上、下兩端合攏，形成一個封閉的熱場腔室8；將爐體1內部包括熱場腔室8抽真空，當達到工藝設定的真空度時，通電啟動加熱器7，將多晶硅原料加熱至一千四百多攝氏度，使之完全熔化。此時，由于構成熱場的保溫隔熱籠體2、底部的保溫隔熱襯板5、頂部的保溫隔熱襯板6、中部的保溫隔熱環條9等均由特殊材料做成，具有良好的保溫隔熱效能，約十多小時即可將數百公斤多晶硅原料11完全熔化；按工藝繼續保溫一段時間，讓多晶硅原料11中的雜質充分熔化、揮發或氣化；然后改變控制模式，逐步、緩慢提起保溫隔熱籠體2，由于保溫材料的作用，在加熱器7啟動后熱場腔室8與爐體1的腔室之間會形成一個溫差，保溫隔熱籠體2通過吊桿12提起后，保溫隔熱籠體2的底部與保溫隔熱底板5脫離，大量的熱輻射會經由熱交換臺3按附圖2所示箭頭方向從保溫隔熱籠體2的底部往爐體1腔室散發，此時，坩鍋13與熱交換臺3必然也發生熱交換，從而使坩鍋3底部的硅液發生結晶現象。同時，在保溫隔熱籠體2提起后，熱場腔室8中的保溫隔熱環條9將熱場腔室8分為上下兩部分，上部依然圍成一個高溫區，在加熱器7的作用下，可維持工藝需要的溫度，下部由于散熱作用，形成一個低溫區，這樣，在整個熱場腔室8中，在硅的結晶面形成一個垂直的溫度梯場。通過控制散熱與加熱，使得硅的結晶凝固得到有效控制，從而生產出高品質的多晶硅鑄錠。