[發(fā)明專利]一種多晶硅鑄錠爐及其坩堝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210389622.9
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102912414A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜磊;榮丹丹;呂景記;魏文秀;楊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津英利新能源有限公司
• 主分類號: C30B11/00
• 分類號: C30B11/00;C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶硅鑄錠爐。此外，本發(fā)明還涉及一種用于上述多晶硅鑄錠爐的坩堝。

背景技術(shù)

在多晶硅電池片的制作過程中，鑄造多晶硅錠是一道重要的工藝，多晶硅鑄錠的質(zhì)量將直接影響太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和質(zhì)量。

鑄造多晶硅錠大致可以分為三個工序：噴涂-裝料-鑄錠。其中，噴涂工序用到的材料為氮化硅溶液和坩堝，坩堝通常用高純的二氧化硅制成；氮化硅溶液用來噴涂到坩堝內(nèi)壁上，其作用是將硅溶液和坩堝隔離，防止兩者結(jié)合發(fā)生反應(yīng)，造成粘鍋現(xiàn)象。裝料工序是將散碎的硅料按要求擺放在噴涂好氮化硅溶液的坩堝內(nèi)。鑄錠工序是將裝好硅料的坩堝裝入鑄錠爐后，經(jīng)過爐腔抽空、加熱、熔化、長晶、退火、冷卻后，完成硅錠的鑄造。鑄錠工序的每一階段的熱量提供均是由多晶硅鑄錠爐提供的。

請參考圖1、圖2和圖3；圖1為現(xiàn)有技術(shù)中坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅鑄錠爐在硅料熔化時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅鑄錠爐在長晶階段的結(jié)構(gòu)示意圖。

從圖中可以看出，多晶硅鑄錠爐內(nèi)設(shè)有頂部加熱器101和側(cè)面加熱器102，頂部加熱器101和側(cè)面加熱器102設(shè)為一體，通過頂部銅電極103與爐體固定，并且在爐體內(nèi)設(shè)有測溫裝置，頂部加熱器101和側(cè)面加熱器102提供熱量，測溫裝置將溫度反饋給可編程控制器，可編程控制器再將數(shù)據(jù)與多晶硅鑄錠爐預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行對比，通過PID控制對加熱器的控制來實現(xiàn)多晶硅鑄錠的整個過程。在多晶硅錠鑄造的整個過程中，頂部加熱器101和側(cè)面加熱器102是通過熱輻射的方式給坩堝200內(nèi)的外側(cè)硅料加熱，而坩堝200內(nèi)的中部硅料的升溫則完全通過外側(cè)硅料的熱量傳遞來完成。

上述多晶硅鑄錠爐在硅錠的鑄造過程中存在以下問題：

其一，由于頂部加熱器101和側(cè)面加熱器102通過熱輻射的方式加熱位于坩堝200內(nèi)的外側(cè)硅料，無法對坩堝200內(nèi)的中部硅料進(jìn)行加熱，所以坩堝200內(nèi)的中部硅料的升溫完全通過坩堝200內(nèi)外側(cè)硅料的熱量傳遞來實現(xiàn)，而坩堝200內(nèi)的外側(cè)硅料和中部硅料的溫差很大，要使坩堝200內(nèi)硅料的溫度達(dá)到均勻所需的時間就很長，從而浪費(fèi)電能。

其二，在長晶過程中，由于硅料內(nèi)外側(cè)溫差大，熔化的硅料會因為溫差出現(xiàn)環(huán)形流動，溫差越大，環(huán)形流動越大，長晶時會造成對晶粒的破壞，影響硅錠質(zhì)量。

有鑒于此，如何對現(xiàn)有技術(shù)中的多晶硅鑄錠爐做出改進(jìn)，以提高多晶硅鑄錠的質(zhì)量，并降低能耗，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種多晶硅鑄錠爐，該多晶硅鑄錠爐能夠提高多晶硅鑄錠的質(zhì)量，并且能夠降低能耗。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于上述多晶硅鑄錠爐的坩堝。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多晶硅鑄錠爐，包括設(shè)于爐腔內(nèi)的頂部加熱器和側(cè)面加熱器，還包括設(shè)于爐腔內(nèi)的中心加熱器，以便對坩堝內(nèi)的中部硅料進(jìn)行加熱。

優(yōu)選地，所述中心加熱器通過電極頭和中心銅電極固定在上爐體上，所述電極頭的下端與所述中心加熱器固接，且其上端穿過頂部隔熱層并與所述中心銅電極的下端固接；所述中心銅電極固裝在所述上爐體上，且其上端連接電纜；所述中心加熱器的內(nèi)壁設(shè)有測溫計，用于將中部溫區(qū)的溫度反饋至可編程控制器；所述可編程控制器用于控制中心加熱器的加熱時間。

優(yōu)選地，所述電纜和所述中心銅電極的中心部分通純水。

優(yōu)選地，所述中心銅電極和所述電極頭通過螺紋連接。

優(yōu)選地，所述電極頭通過石墨螺桿和石墨螺母與所述中心加熱器固定連接。

優(yōu)選地，所述電極頭與所述頂部隔熱層之間設(shè)有陶瓷墊片。

優(yōu)選地，所述中心銅電極和所述上爐體之間設(shè)有絕緣層。

優(yōu)選地，所述中心加熱器具有中空圓柱形結(jié)構(gòu)。

相對上述背景技術(shù)，本發(fā)明所提供的多晶硅鑄錠爐包括設(shè)于爐腔內(nèi)的頂部加熱器和側(cè)面加熱器，還包括設(shè)于爐腔內(nèi)的中心加熱器，用于對坩堝內(nèi)的中部硅料進(jìn)行加熱。由于在多晶硅鑄錠爐的爐腔中部安裝有中心加熱器，在頂部加熱器和側(cè)面加熱器加熱的同時，中心加熱器也同時加熱，可以快速提高坩堝內(nèi)硅料的溫度，同時縮短了坩堝內(nèi)外側(cè)硅料到中部硅料熱傳遞的距離，減少了熱傳遞時間，避免了因加熱時間過長造成的能量損失。此外，由于設(shè)置了中心加熱器，還可以減小坩堝內(nèi)中部硅料和外側(cè)硅料的溫度差，避免了由于溫度差導(dǎo)致的硅溶液內(nèi)部的環(huán)形流動，保證了晶粒在生長過程中的連續(xù)性，從而提高了晶體質(zhì)量，進(jìn)而提高了多晶硅鑄錠的質(zhì)量。