[發明專利]硅電磁鑄造裝置

有效

• 申請號: 201010197044.X
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101830465A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 金子恭二郎;宋明生
• 申請（專利權）人: 麗達科技有限公司;金子恭二郎
• 主分類號: C01B33/021
• 分類號: C01B33/021
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種用于制造太陽能電池硅基板的硅鑄塊的硅電磁鑄造裝置。

背景技術

作為改善全球環境問題的方法之一，太陽能電池目前逐漸普及，資源量豐富且光電轉換效率高的硅晶體在太陽能電池中得到廣泛應用，而且應用電磁鑄造法制造的多結晶硅基板太陽能電池有著廣泛的前景。

目前硅電磁制造裝置是將原材料硅放置在爐體銅制坩堝容器內，坩堝內部有循環冷卻水循環，在坩堝外圍設置了感應線圈，原料硅在坩堝內因電磁力漂浮熔解，隨著硅塊熔解向下結晶，就制造出硅鑄塊。在由水冷卻的坩堝內部，原料硅因電磁力作用漂浮熔解，因此熔解的硅和坩堝內部沒有接觸，不會受到來自坩堝的不純物質的污染。同時，由于避免了接觸，坩堝基本上不會受到損傷，大大延長了坩堝的使用壽命。

由上可知，硅電磁鑄造法可以連續的制造長形的巨大的硅鑄塊，該工藝效率高，鑄造條件穩定，因此硅鑄塊的品質高、品質均勻，從而使硅電磁鑄造法成為工業上一種廣泛應用的制造方法。

然而上述的硅電磁鑄造法明顯存在著下述問題：硅鑄塊連續的下降凝固結晶，如圖1所示，坩堝、熔解硅和硅鑄塊三者接觸界面有微量熔解硅滲入到硅鑄塊和坩堝間的微小縫隙中。當滲入的溶解硅凝固結晶時，體積膨脹，對硅的內面產生壓力，從液體變化到固體時，體積膨脹約9％(這也是硅的特性，和一般金屬物理特性相反，凝固時體積膨脹)。

坩堝和硅鑄塊之間滲入的溶解硅，凝固時體積膨脹對坩堝的內面有一個向外側的壓力，當硅鑄塊的橫斷面小的時候，所受的壓力不是很大，此力與坩堝的剛性產生的作用力抵消，即使生產繼續進行，坩堝也不會因此向外側變形。隨著硅鑄塊不斷的增大，其橫斷面不斷加大時，坩堝內部所受壓力就相應地增加，力矩也就增大，當超過了坩堝所能承受的剛性時，坩堝就向外變形，且不再恢復。此時生產的硅鑄塊也變大，隨著鑄造繼續進行，硅鑄塊的尺寸也越來越大，坩堝也就越來越向外面彎曲變形，最后導致坩堝的中部尺寸比下部更大，硅鑄塊被卡住。

例如：當制造方型硅鑄塊時，對截面是正方形的坩堝而言，硅鑄塊的斷面寬度達到35cm時，坩堝在凝固結晶界面這一高度就會向外側永久的變形。坩堝的變形隨著鑄造的進行逐漸的變大，硅鑄塊的邊長也隨著擴大，當進行到某時刻時，加工就會被終止。

發明內容

發明目的：本發明的目的是為了克服現有技術的不足，在應用硅電磁鑄造法時提供一種防止坩堝變形的硅電磁鑄造裝置。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明所述的硅電磁鑄造裝置包括爐體容器和設置在爐體容器內部的具導電性的坩堝以及安裝在該坩堝外圍的感應線圈。所述的爐體容器內設有一定壓力的指定氣體，該硅電磁鑄造裝置中的感應線圈通電后，使坩堝內的硅感應發熱、熔解，然后在硅鑄造裝置內使之凝固。所述坩堝的外周面上嵌有由絕緣材料構成的剛性構造體。當熔解硅滲入到凝固的硅鑄塊和坩堝間的微小隙縫里時，即使滲入的熔解硅凝固，使體積膨脹對坩堝內面產生壓力，此時嵌入在坩堝外周面的剛性構造體就會產生抵抗變形壓力的作用，從而防止坩堝變形，保護坩堝，讓生產繼續穩定的進行。

本發明中，優選地，所述的剛性構造體最好嵌入在熔解硅和凝固的硅鑄塊交界的凝固界面這一高度。此位置是最容易發生向外變形的凝固界面位置，因此就能夠起到防止坩堝變形的作用。

本發明中，優選地，所述的剛性構造體嵌入在內徑為35cm以上的坩堝外周面也可以防止坩堝的變形。通過這種方式，在特別是易朝外側發生變形的相應大小的坩堝上，能夠防止坩堝朝外側的變形。

有益效果：與現有技術相比，采用本發明當遇到熔解硅滲入到凝固的硅鑄塊和坩堝間的微小隙縫里，并且凝固膨脹而對坩堝內面產生壓力時，由于此時嵌入在坩堝外周面的剛性構造體發生作用，抵抗變形壓力，因而能防止坩堝朝向外側的變形，從而保護坩堝，讓生產繼續進行。

附圖說明

圖1為滲入坩堝容器和硅鑄塊之間的熔解硅在凝固結晶時，推算出此時體積膨脹對坩堝產生的朝外側的張力大小所需的懸臂梁(交叉支架)的模型。

圖2為實施例1中相關的硅電磁鑄造裝置的結構示意圖。

圖3為嵌入了圖2的剛性構造體的方筒狀的坩堝容器的側視圖。

圖4為實施例2中相關的硅電磁鑄造裝置的結構示意圖。

圖5為嵌入了圖4的剛性構造體的圓筒狀的坩堝容器的側視圖。

符號說明

1??????本裝置

100????爐體容器

200????坩堝容器

300?????感應線圈

310?????上方側的感應線圈

320?????下方側的感應線圈