[實用新型]具有改進氣路的定向凝固爐

無效

• 申請號: 201020521704.0
• 申請日: 2010-09-07
• 公開（公告）號: CN201778142U
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 李園
• 申請（專利權）人: 王楚雯
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本實用新型涉及例如太陽能用單晶硅錠或者多晶硅錠的生產設備，尤其是涉及一種具有改進氣路的定向凝固爐。

背景技術

碳雜質在硅晶體中會嚴重惡化硅晶體的電學性能，比如少子壽命，從而惡化晶體硅太陽能電池片的轉換效率。因此硅晶體中碳含量越低越好，一般要求碳含量在0.5ppm以下。

現有的硅原料表面總是或多或少地有碳沾污，比如有機物沾污，硅原料塊內部有碳的沾污，盛裝硅給料的石英坩堝內表面和外表面也含有大量的碳沾污，石英坩堝與石墨材質的坩堝保持器在高溫下反應會形成一氧化碳氣體。因此在多晶給料的熔化和定向凝固過程中，為了提高多晶或者單晶硅錠的質量，需要不間斷地向石英坩堝中通入惰性氣體，比如高純氬氣，以帶走含碳氣體，比如一氧化碳等，防止含碳氣體滯留在硅熔體表面造成多晶或者單晶硅錠質量因碳含量高而嚴重下降。另外，惰性氣體還將帶走大量的一氧化硅等揮發物，確保熔體內部和表面具有很高的純度，以保證單晶或者多晶硅錠的高質量。

由此需要在多晶或者單晶硅錠的整個制造的過程中，不斷地向熔融的多晶給料表面吹入惰性氣體，并將含碳氣體以及其它揮發物帶離熔體表面，最終被真空泵抽走。是否能通過氣路將惰性氣體準確地引入到熔體表面之上，對于多晶錠的質量有顯著的影響。

在現有的制造多晶硅或者單晶硅錠的定向凝固設備或者系統中，無論多晶或者單晶硅的定向凝固過程，定向凝固爐內溫度都非常高，不易實現爐內氣路的移動，所以現有的定向凝固爐的氣路都是固定的，在定向凝固的工藝過程中，氣路也保持不動?，F有定向凝固設備的氣體管路的終端即氣嘴位于石英坩堝之上所設置的蓋板的上方。給料熔化和定向凝固過程中，惰性氣體通過蓋板中心的開孔流向熔體表面。

在裝料完成后，下爐體需要向上運動，與上爐體相配合以形成封閉的爐體空間，此時，下爐體上放置的石英坩堝以及石英坩堝上設置的蓋板均向上運動。為了避免運動過程中氣體管路的氣嘴與蓋板接觸，破壞氣體管路或者蓋板，氣嘴和蓋板之間就需要預留一定的空隙。為了安全起見，即便蓋板向上運動到位之后，該空隙的高度也會有數厘米或者更多。該空隙將造成大量的惰性氣體不能有效地穿過蓋板中心的開孔達到熔體表面，從而不能有效地帶走含碳氣體等揮發物，進而惡化晶錠質量。

如果增加多晶給料的供給量，裝料時蓋板就需要上移，而硅料熔化完成后蓋板需要下移，此時就出現蓋板需要發生運動而氣路不能跟隨蓋板運動的情況。這種情況下，氣體管路的氣嘴與蓋板之間的空隙會更大，惰性氣體將不能準確地到達熔體表面。

而裝料過程中，還存在氣路的對準問題，即氣體管路的氣嘴要與蓋板中心開孔縱向對準，否則大量的氣體將不能導入到蓋板中心開孔，進而不能到達熔體表面。這就要求在通過鏟車等機械運輸設備將所述坩堝運到所述爐體中的過程中，需要反復進行定位，確保坩堝及蓋板處于爐體的中心位置，該過程對生產效率有影響。

實用新型內容

有鑒于此，需要提供一種新的定向凝固爐，所述定向凝固爐能夠解決現有的定向凝固爐中氣路的定位問題，并可以提高整個多晶錠的生產效率。

根據本實用新型的一方面，提供了一種定向凝固爐，包括：上爐體；下爐體，所述下爐體與所述上爐體相配合以形成爐體空間；坩堝，所述坩堝設置在爐體空間內并被構造成容納給料；至少一個加熱器，所述加熱器用于加熱坩堝并熔化容納在坩堝中的給料；坩堝保持器，所述坩堝保持器用于保持所述坩堝；蓋板，所述蓋板用于在坩堝被加熱時蓋住坩堝的開口端且所述蓋板的中心形成有第一開孔；隔熱部件，所述隔熱部件的中心形成有第二開孔且容納在所述爐體空間內，并被構造成相對于所述坩堝縱向可移動，以控制所述坩堝內的給料的定向凝固，第一通氣管，所述第一通氣管連接至外部氣源并豎直地與所述隔熱部件上的第二開孔對準；以及第二通氣管，所述第二通氣管可移動地套在所述第一通氣管上，從而所述第二通氣管可縱向移動地與所述蓋板的上表面接觸。

根據本實用新型的上述方案，通過彼此相對可移動的第一通氣管和第二通氣管，實現了氣路的可調節，即氣嘴可上下移動，從而實現氣嘴與蓋板之間空隙最小化，還可以在蓋板被改進(例如改進用于增加給料等)時，無需對氣路進行改進。此外，由于所述第二通氣管的下端尺寸可調，從而方便地實現了氣路的對準，提高了整個定向凝固爐生產單晶或者多晶的效率。

根據本實用新型的一個實施例，所述第二通氣管的第二端設置有氣體引導結構，所述氣體引導結構用于將氣體與蓋板上的第一開孔流體連通。

根據本實用新型的一個實施例，所述氣體引導結構與所述第二通氣管的第二端一體形成，且其沿著橫向方向的尺寸沿著縱向向下逐漸變大。