[實用新型]一種節(jié)能型多晶硅鑄錠爐的熱場結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920282721.0
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN201593073U
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張志強;黃強;黃振飛;袁為進;陳雪
• 申請（專利權(quán)）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B28/06
• 代理公司: 常州市維益專利事務(wù)所 32211
• 代理人: 王凌霄

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及多晶硅鋳錠爐熱場結(jié)構(gòu)的設(shè)計與開發(fā)領(lǐng)域，具體是一種投料為450Kg級的節(jié)能型多晶硅鋳錠爐的熱場結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

能源與環(huán)境是當今世界的兩大焦點問題。傳統(tǒng)能源的大幅利用，使得環(huán)境問題日趨嚴重，對人類社會的正常運行構(gòu)成嚴重的威脅。有效利用清潔、環(huán)境友好的新能源是社會歷史的必然選擇。太陽能是人類取之不盡、用之不竭、環(huán)境友好的綠色可再生能源。在太陽能的有效利用當中，光電利用是近年來發(fā)展最快、最具活力的研究領(lǐng)域。其中，硅材料是光電利用的主要載體，硅晶體的制備是光伏電池的基礎(chǔ)。

多晶硅鑄錠爐是一種集熔化與再結(jié)晶一體的設(shè)備，用于低成本生產(chǎn)太陽能級多晶硅鑄錠。生產(chǎn)中，將一定配比的多晶硅料裝入石英坩堝，投入爐中，通過加熱、熔化、定向長晶、退火、冷卻等工藝，生產(chǎn)出滿足要求的多晶晶錠。在這一系列工藝過程中，都要求裝料的石英坩堝處于上千攝氏度的高溫環(huán)境中，為了減少熱量損失、降低能耗及提供合理的溫度分布，我們必需要通過保溫材料和支撐部件構(gòu)建一個合理的高溫環(huán)境。這種包含保溫材料和支撐部件的整體稱之為熱場。合理的熱場結(jié)構(gòu)不僅可以降低多晶晶錠的生產(chǎn)能耗，也能夠提供合理的熱場分布，即合理的溫度梯度，以生產(chǎn)出高品質(zhì)的多晶硅晶體。

結(jié)晶界面的形狀是影響多晶硅晶體品質(zhì)的主要因素之一，平坦的長晶界面不僅可以得到有效直徑較大的柱狀晶，也可以減少晶界、降低晶體中的位錯密度，從而提高電池片的性能。而現(xiàn)有的多晶硅鑄錠爐由于結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷，在長晶過程中，其結(jié)晶界面難以達到上述要求。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種設(shè)計合理，能有效提高多晶硅晶錠品質(zhì)的節(jié)能型多晶硅鑄錠爐的熱場結(jié)構(gòu)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種節(jié)能型多晶硅鋳錠爐的熱場結(jié)構(gòu)，包括上爐體和下爐體，上爐體內(nèi)設(shè)置有帶吊桿的隔熱籠和上保溫板，下爐體內(nèi)設(shè)置有由支柱支撐的下保溫板，同時支柱并支撐隔熱籠內(nèi)的工作臺，工作臺上放置坩堝，坩堝上設(shè)置有蓋板，蓋板上方具有連接于上保溫板上的頂加熱器，坩堝具有緊貼的內(nèi)外兩層，內(nèi)層為石英坩堝，外層為石墨坩堝，石墨坩堝周圍具有連接于上保溫板上的側(cè)加熱器，工作臺與隔熱籠之間間隔均勻設(shè)置有熱場分割條，熱場分割條通過掛鉤器固定于石墨坩堝的側(cè)壁上。

所述的工作臺四周設(shè)置有保溫條，以減少工作臺四周的散熱，維持水平的溫度梯度。

所述的下爐體內(nèi)底部設(shè)置有保護氈，保護下爐體內(nèi)壁。

本實用新型的有益效果是：隔熱籠能夠有效維持內(nèi)部的高溫環(huán)境，減少熱量散失；熱場分割條的設(shè)置使得熱場分為上部高溫區(qū)和下部低溫區(qū)，有效減少了高溫區(qū)的體積，降低了能耗；結(jié)合工作臺四周保溫條的設(shè)置，使得隔熱籠內(nèi)能夠保持一個均勻穩(wěn)定且垂直的溫度梯度；整個長晶過程均可以維持較為平坦的結(jié)晶界面，且能耗可降低近20％。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2是本實用新型使用狀態(tài)時的結(jié)構(gòu)剖視圖。

其中：1.吊桿，2.上爐體，3.隔熱籠，4.石英坩堝，5.熱場分割條，6.下爐體，7.保護氈，8.支柱，9.下保溫板，10.工作臺，11.保溫條，12.硅料，13.側(cè)加熱器，14.連接板，15.石墨坩堝，17.蓋板，18.上保溫板，19.頂加熱器。

具體實施方式

如圖1、2所示，一種節(jié)能型多晶硅鋳錠爐的熱場結(jié)構(gòu)，包括上爐體2和下爐體6，上爐體2內(nèi)設(shè)置有帶吊桿1的隔熱籠3和上保溫板18，下爐體6內(nèi)設(shè)置有由支柱8支撐的下保溫板9，同時支柱8并支撐隔熱籠3內(nèi)的工作臺10，工作臺10上放置坩堝，坩堝上設(shè)置有蓋板17，蓋板17上方具有連接于上保溫板18上的頂加熱器19，坩堝具有緊貼的內(nèi)外兩層，內(nèi)層為石英坩堝4，外層為石墨坩堝15，石墨坩堝15周圍具有連接于上保溫板18上的側(cè)加熱器13，工作臺10與隔熱籠3之間間隔均勻設(shè)置有熱場分割條5，熱場分割條5通過掛鉤器14固定于石墨坩堝15的側(cè)壁上，工作臺10四周設(shè)置有保溫條11，下爐體6內(nèi)底部設(shè)置有保護氈7。

下面結(jié)合多晶硅的生產(chǎn)工藝對本實用新型作進一步介紹：

石英坩堝4裝滿硅料12后，放置于工作臺10之上，下爐體6升起與上爐體2完全閉合。隔熱籠3下降與下保溫板9閉合。將爐腔內(nèi)抽真空，達到工藝要求的真空度時，側(cè)加熱器13和頂加熱器19開始工作，由于隔熱籠3的保溫作用，可以將隔熱籠3內(nèi)的溫度升高到1400多攝氏度的高溫，使得幾百公斤的硅料12的在十多個小時即可完全熔化。按照工藝要求，保溫一定時間，使得硅料12中的雜質(zhì)充分揮發(fā)，成分趨于均勻。進入長晶工藝階段后，按照工藝設(shè)定緩緩升起隔熱籠3。由于隔熱籠3保溫材料的作用，隔熱籠3內(nèi)部和外部有很大的溫差，升起隔熱籠3后，工作臺10的底部與下爐體6在輻射換熱的作用下迅速降溫，使得石英坩堝4的底部因溫度降低而首先結(jié)晶。同時，由于石墨坩堝15四周熱場分割條5的布置，使得隔熱籠3上部空間，在側(cè)加熱器13和頂加熱器19的加熱作用下，仍然以較低的功耗維持一個工藝要求所需要的高溫環(huán)境。同時，工作臺10下部的空間，由于散熱作用，溫度較低，這樣，通過控制加熱和隔熱籠3的提升幅度，使得硅的結(jié)晶界面形成一個垂直的溫度梯度場，維持較為平坦的結(jié)晶界面，生產(chǎn)出高品質(zhì)的多晶硅錠。