[發明專利]多晶硅鑄錠爐的氣流控制結構及其使用方法

有效

• 申請號: 201110439458.3
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102517634A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 楊細全;胡亞蘭
• 申請（專利權）人: 江蘇協鑫硅材料科技發展有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 何平

【技術領域】

本發明涉及多晶硅生產領域，特別涉及一種多晶硅鑄錠爐的氣流控制結構及其使用方法。

【背景技術】

太陽能光伏發電是可持續能源利用的形式之一，近年來在各國都得到了迅速的發展。目前，應用最為普遍的是晶體硅太陽能電池，晶體硅太陽能電池主要由單晶硅片或多晶硅片制成。世界光伏產業中多晶硅片以產能高、能耗低、成本低占據太陽能電池主導地位，多晶硅鑄錠爐正是這一領域的核心設備。

但是，相比直拉單晶硅而言，定向凝固法獲得的多晶硅錠含雜質量往往比較高，從而嚴重制約了鑄錠多晶硅的品質的提高，比如碳含量，過高的碳含量容易形成SiC沉淀從而引進微晶導致最終電池片的轉換效率下降，此外，高濃度的碳含量還將影響硅片的機械性能。

目前行業內對多晶硅錠中碳含量的要求越來越嚴格，對于如何有效地降低碳含量的研究顯得越來越重要。

目前多晶鑄錠中碳成分主要來源于硅原料中本身所含的碳成分和熱場內部含碳雜質對硅料的污染。比如，坩堝護板、加熱器、DS(directional?solidify，定向凝固導熱)平臺等石墨元件在高溫時期的揮發物，高溫下石英坩堝與石墨護板間的反應SiO2+C＝SiO+CO，所產生的CO及石墨揮發物未能及時被輸運出爐體而進入硅液污染硅錠，故是否能夠及時通暢地排出含雜質的氣體尤其重要。

目前行業主要采用坩堝中央充氣的方式進行排雜，但是該排雜方式容易形成氣體流動死角區，即死循環區，導致雜質不能及時被輸運出爐體，從而污染硅液。

經過實驗探測鑄錠爐內抽出的尾氣發現高溫階段以上雜質濃度明顯最高，即加熱后期、熔化階段及長晶初期，而其他階段氣體內雜質含量明顯低于以上階段，尤其是碳含量。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種能夠提高鑄錠爐排雜能力的多晶硅鑄錠爐的氣流控制結構及其使用方法。

為此，提出一種多晶硅鑄錠爐的氣流控制結構，包括：

可封閉的爐體，其上設有用以將所述爐體內抽成真空的抽氣口；

安裝在所述爐體內的隔熱頂板；

安裝在所述爐體內的隔熱底板；

位于所述隔熱頂板和隔熱底板之間、用以與所述隔熱頂板和隔熱底板共同形成封閉空腔的隔熱籠，所述隔熱籠相對于所述隔熱底板可升降地安裝在所述爐體內部，所述隔熱籠具有延伸于所述隔熱頂板和隔熱底板之間的側壁；

安裝在所述爐體上且位于所述隔熱籠內、用以承載放有硅料的坩堝的熱交換臺，所述熱交換臺位于所述隔熱頂板和隔熱底板之間；及

安裝在所述爐體內用以對硅料進行加熱的加熱器，所述加熱器位于所述隔熱籠內及所述隔熱頂板及隔熱底板之間；

所述爐體上設有在所述封閉空腔形成后，用以在坩堝放置到所述熱交換臺上后自坩堝的頂部向所述封閉空腔充氣的中央充氣氣路，及用以在坩堝放置到所述熱交換臺上后自坩堝的側部向所述封閉空腔內充氣的側充氣氣路；其中

所述隔熱籠的側壁上設有用以使所述封閉空腔內的氣體流入所述爐體內的側壁窗口。

在較佳的實施例中，所述熱交換臺的端部設有用以自側部防護所述硅料的坩堝護板，所述側充氣氣路的出氣口與所述坩堝護板相對。

在較佳的實施例中，所述側充氣氣路包括側導氣管道及與所述側導氣管道相連的出氣口，所述側導氣管道自所述爐體的頂部進入所述爐體內后朝向所述熱交換臺直線延伸后彎曲進入所述封閉空腔中，以使所述出氣口能在坩堝放置到所述熱交換臺上后自坩堝的側部向封閉空腔中充氣。

在較佳的實施例中，所述側導氣管為石墨管或氧化鋁管或氧化鋯管或陶瓷管或碳復合材料管。

在較佳的實施例中，所述側壁窗口具有上邊緣和下邊緣，其中所述上邊緣距離所述隔熱頂板較所述下邊緣距離所述隔熱頂板近，所述封閉空腔形成時，所述側壁窗口的下邊緣距所述隔熱頂板的距離為30～200毫米，所述側壁窗口上邊緣和下邊緣之間的距離為10～200毫米。

在較佳的實施例中，所述側充氣氣路具有多個出氣口。

在較佳的實施例中，所述爐體內設有電極，所述電極固定在所述爐體上，所述加熱器固定在所述電極上。

在較佳的實施例中，還包括固定在所述爐體內的石墨支柱，所述熱交換臺固定在所述石墨支柱上。