[實用新型]帶控溫籽晶裝置的單晶鑄錠爐

無效

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• 申請日: 2010-05-20
• 公開（公告）號: CN202090092U
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發(fā)明（設計）人: 張志堅
• 申請（專利權）人: 張志堅;靳梅
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本實用新型涉及一種用于太陽能電池片鑄錠生產(chǎn)的帶控溫籽晶裝置的單晶鑄錠爐。?

多晶硅鑄錠爐是生產(chǎn)太陽能電池的主要設備之一，鑄錠硅片已逐步取代單晶硅片成為最主要的光伏電池材料，本實用新型屬于太陽能電池設備制造技術領域。?

背景技術

公知的多晶硅定向凝固法鑄錠爐是由：爐體、位于所述的爐體內(nèi)的坩堝、加熱器、坩堝和加熱器四周的隔熱材料、控制、冷卻系統(tǒng)等組成。相比于其它硅晶體生長方法(如直拉單晶)，傳統(tǒng)多晶硅鑄錠爐的優(yōu)點是；單爐次產(chǎn)能大(可達數(shù)百公斤)，切片損耗較單晶少(不存在頭尾料和切方的損耗)，單位能耗低。定向凝固法多晶硅鑄錠爐工藝過程是；所述加熱器對裝入所述的坩堝內(nèi)的硅進行加熱；硅原料在真空狀態(tài)或惰性氣體保護下熔化，然后在嚴格控制的溫度場中定向結(jié)晶，凝固成硅錠，定向結(jié)晶硅錠經(jīng)切片等工序后即可制成太陽能電池。其中從裝爐到出爐工藝分為幾個階段；1.加熱、2.融化、3.定向結(jié)晶生長、4.退火和冷卻；?

但是，由于多晶硅鑄錠爐在定向結(jié)晶凝固成硅錠過程中，熔融硅在一定過冷度下自然成核，成核是隨機的而且數(shù)量龐大，得到的硅錠是晶體數(shù)量龐大的柱狀晶粒的多晶硅錠。多晶硅太陽能電池由于晶體缺陷較多以及晶間勢壘和雜質(zhì)聚集效應，光電換效率低于直拉單晶，使用過程中光電換效率衰減也高于直拉單晶硅太陽能電池，通常多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率比單晶硅低1.5％-3％。?

現(xiàn)有的多晶硅鑄錠工藝為減少晶體缺陷和獲得盡可能大的晶粒，一般采用延長保溫再結(jié)晶時間的辦法，但是效果不明顯，不能夠根本解決存在問題，同時多晶硅鑄錠由于結(jié)晶膨脹因素，結(jié)晶產(chǎn)生鑄錠比較大應力，容易導致裂紋，降低產(chǎn)品成品率。?

目前，產(chǎn)生太陽能電池片還采用直拉單晶硅方法(Czochralski法)，直拉單晶硅爐主要由主爐體、爐體副室、底座、晶體旋轉(zhuǎn)機構、籽晶夾頭和晶體提升機構、坩堝傳動裝置和真空抽氣泵所組成，直拉單晶硅工藝分為幾個階段；1.將料裝入坩堝抽并且抽真空或者充氬氣，2.加熱化料、3.熔接籽晶、拉細頸、4.放肩收肩、5.等徑生長、6.收尾、7.降溫出爐；?

直拉單晶太陽能電池雖然晶體結(jié)構完整、光電轉(zhuǎn)換效率較高，但是直拉單晶單爐次產(chǎn)能小(數(shù)十公斤)，切片損耗大(頭尾料和切方、切片損耗達60％左右)，單位能耗和勞動?成本高的缺點。?

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術問題：多晶硅鑄錠爐通過定向結(jié)晶凝固成硅錠，得到的是晶體數(shù)量龐大的柱狀晶粒的多晶硅錠，存在大量晶體缺陷，多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低。直拉單晶太陽能電池晶體結(jié)構完整、轉(zhuǎn)換效率較高，但是單爐次產(chǎn)能小(數(shù)十公斤)，原料損耗大，能耗和勞動成本高。?

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有工藝技術存在的問題，獲得高生產(chǎn)效率、晶體結(jié)構完整、轉(zhuǎn)換效率高的鑄錠方法，本實用新型專利帶控溫籽晶裝置的單晶鑄錠爐與公知的多晶硅鑄錠爐不同的關鍵技術是，基于“布里奇曼”晶體生長原理，可在定向凝固晶體組織的硅錠生長鑄錠爐中獲得單晶硅錠。?

技術方案：本實用新型專利帶控溫籽晶裝置的單晶鑄錠爐；由包括爐體、坩堝、籽晶、籽晶控溫護套、坩堝四周的隔熱材料、隔熱材料內(nèi)的加熱器、電極、坩堝升降機構構成，其構成特點是；安置于爐體內(nèi)的隔熱材料和坩堝升降機構，隔熱材料內(nèi)安置加熱器和坩堝，電極連接加熱器，安裝在坩堝上的籽晶控溫護套，籽晶安置于籽晶控溫護套中，籽晶控溫護套安裝有測溫熱電偶。?

控溫籽晶護套由內(nèi)套和外護套組成，內(nèi)套有和籽晶尺寸匹配的籽晶安置孔，內(nèi)套可在制造坩堝時做成一體式，或做成分體式通過螺紋與坩堝匹配連接。籽晶控溫護套、籽晶，可在坩堝的底部或側(cè)部、頂部安置。籽晶控溫護套的作用是控制籽晶的溫度，使熔融硅與單晶籽晶既可靠熔接，又保證在化料過程中籽晶不會被完全熔蝕，在熔融硅與單晶籽晶可靠熔接后控制溫度梯度使晶體不斷長大、經(jīng)過定向結(jié)晶、退火和冷卻，最終獲得單晶硅鑄錠。從裝爐到出爐工藝分為幾個階段；?

1.將料裝入坩堝抽并且抽真空或者充氬氣、2.加熱化料、3.籽晶熔接、4.定向結(jié)晶生長、5退火和冷卻。

幾種籽晶裝置安置方式的優(yōu)缺點；?

a.籽晶底部安置；優(yōu)點是不必重新設計水平線性梯度的溫度場，及溫度場硬件和軟件，可在現(xiàn)有定向結(jié)晶鑄錠爐中加裝，缺點是在定向結(jié)晶過程中應力釋放不好，結(jié)晶進程監(jiān)控完全依靠儀器和經(jīng)驗，不便于調(diào)整過程控制。