[實用新型]一種準單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置

有效

• 申請號: 201120458201.8
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN202380119U
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 陳國紅;瞿海斌;楊曉生
• 申請（專利權）人: 湖南紅太陽光電科技有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B29/06
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本實用新型涉及一種準單晶硅鑄錠爐熱場結構，具體是指在準單晶硅生產的過程中，為確保籽晶不完全熔化而發明的一種鑄錠爐隔熱籠裝置。

背景技術

在整個光伏產業中，降低成本、提高電池轉換效率一直是兩個最主要的競爭點，目前整個晶體硅制造行業主要有兩種生產技術：直拉法生產單晶硅、定向凝固法生產多晶硅。

單晶硅棒具有低缺陷、高轉換效率等特點，但該方法對原料及操作要求高，且單次投料少，產品成本較高。對于摻硼單晶，由于單晶坩堝中O₂的引入，使得單晶太陽能電池衰減較快。

多晶硅鑄錠生產過程中單次投料量大，具有易操作、成本低等特點，并且石英坩堝內表面氮化硅涂層具有隔離作用，所得的硅錠O₂含量相對較低，多晶電池片衰減比單晶硅片小很多，但多晶硅電池片的轉換效率較單晶硅電池低約1～2％。

為了提高多晶硅片的性能，國內外都在進行廣泛的研究。這些研究旨在改進多晶硅的鑄錠工藝，從而生長出較大晶粒的準單晶硅，使其得到單晶硅片的高轉換效率，同時又保持多晶硅片的低衰減、高產量的優勢，從而生產出更加優質、性能更加穩定的太陽能電池片產品。

準單晶鑄錠技術就是通過鑄錠的方法與設備制造準單晶硅的技術。它具備多晶硅鑄錠高產出、高品質、低能耗的優點，同時產出的準單晶硅晶向一致性高，晶界明顯減少，大幅提升電池轉換效率，是一種極具吸引力的技術。

準單晶硅錠生產的工藝原理是通過在石英坩堝的底部鋪設籽晶，并采用精確分段控溫，保證硅料融化時籽晶僅部分融化，然后定向凝固，由此長出大顆粒柱狀單晶。工藝的關鍵點是通過坩堝底部溫度(即中心熱偶溫度)和加熱器升溫速率(即控溫熱偶升溫速率)控制熔化和長晶過程。

以上工藝技術的難點在于對籽晶是否未完全熔化的判斷。按照傳統的多晶硅鑄錠工藝，在熔化階段時坩堝內部上下溫差較小，在要求上部多晶硅料熔化完全時，底部的籽晶也基本熔化完畢。因此，有必要采取措施，使坩堝上部硅料完全熔化后而底部籽晶不完全熔化，并且盡可能使熔化-長晶轉化狀態保持時間足夠長，以利于長晶開始時機的判斷。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是，針對現有技術存在的不足并根據上述工藝要求，提出一種準單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，它一方面能滿足準單晶硅錠生長的需要；另一方面又能使坩堝上部硅料完全熔化時而底部籽晶不完全熔化，并且盡可能使熔化-長晶轉化狀態保持時間足夠長，從而利于長晶開始時機的判斷，確保準單晶硅錠的生產過程穩定可靠地運行。

本實用新型的技術解決方案是，一種準單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，包括隔熱籠骨架，隔熱籠骨架內有石英坩堝，其特征是，所述石英坩堝底部外安裝定向凝固塊，定向凝固塊兩側設有擋火條，擋火條頂面高度高于石英坩堝底面高度，定向凝固塊與擋火條之間有間隙。

所述定向凝固塊上表面四周邊角有缺口并在各缺口上安裝上保溫板。

所述定向凝固塊兩側安裝側保溫板，底部安裝下保溫板。

本實用新型的技術原理是，將內涂Si₃N₄涂層的石英坩堝裝入多晶硅料后放置于定向凝固塊上，關閉隔熱籠后抽真空，加熱至硅料開始熔化后，隔熱籠往上提升至合適的高度，使坩堝底部的籽晶位于小腔體，坩堝的頂部位于大腔體。熔化過程中，大腔體內的高溫熱量被底部擋火條及定向凝固塊側保溫板阻隔，無法直接輻射到小腔體，因而只能通過熱傳導的方式進入小腔體，熱傳遞速度慢。同時，由于本準單晶硅鑄錠爐長晶時采用的是提升隔熱籠從而形成垂直溫度梯度的模式，為了避免隔熱籠保溫氈和定向凝固塊之間相互摩擦造成碳粉揚塵，底部擋火條和定向凝固塊之間必然留有一定的間隙。此間隙的存在，無法全部阻擋高溫熱量輻射進入小腔體，因此，在定向凝固塊的上部周邊、底部周邊分別設有上、下保溫板，從而更有效地減少高溫熱量通過定向凝固塊的熱傳導。這樣，就可確保鋪設在坩堝底部的籽晶在較長工作時間內不會完全熔化，即籽晶快速熔化到一定程度后，促使籽晶熔化所需要的熱量與提升隔熱籠所散發的熱量達到動態平衡，從而可以大大延長籽晶在未完全熔化和完全熔化之間的時間，便于控制籽晶在即將熔化和開始長晶工序的切換，降低工藝難度。

為滿足準單晶硅鑄錠時籽晶不能完全熔化的要求，本實用新型底部擋火條、定向凝固塊上保溫板、定向凝固塊下保溫板及定向凝固塊側保溫板均選用高純固化碳氈作為隔熱保溫材料，同時通過精確控制隔熱籠的提升高度，形成一個垂直溫度梯度精確可控的定向長晶熱場，使籽晶在即將而又未完全熔化時轉入定向生長，從而獲得準單晶。