[實(shí)用新型]一種低雜質(zhì)含量硅錠鑄造爐

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220236669.7
• 申請(qǐng)日: 2012-05-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202558969U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林洪峰;陳紅海;張柳;王臨水;姚志東;劉興翀;蘭洵;張鳳鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天威新能源控股有限公司;保定天威集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C30B28/06
• 分類號(hào): C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民;謝敏

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及到一種低雜質(zhì)含量硅錠鑄造爐。

背景技術(shù)

在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，鑄造多晶硅作為一種低成本材料，占據(jù)了目前50%以上的商業(yè)化晶體硅太陽(yáng)能電池市場(chǎng)。而鑄造多晶硅中存在大量氧碳等非金屬雜質(zhì)以及鐵等過(guò)渡金屬雜質(zhì)，通常這些雜質(zhì)原子本身或者通過(guò)與晶體缺陷相互作用，會(huì)成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，大大降低了少數(shù)載流子壽命，進(jìn)而影響太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)由于大量雜質(zhì)的存在，使得硅料利用率也大大降低。因此制備低碳低氧含量鑄造多晶硅錠對(duì)于多晶硅太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)低成本高效率具有重要的意義。

鑄錠過(guò)程中，由于加熱器、隔熱籠以及石墨護(hù)板等大量碳材料的使用，引入大量碳雜質(zhì)。高溫下，石墨部件與氧、坩堝等發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)???????????????????????????????????????????????，產(chǎn)生的CO氣體通過(guò)內(nèi)部氣流進(jìn)入硅熔體中，極易被熔硅吸收，從而引入大量的碳氧雜質(zhì)。

現(xiàn)有鑄錠爐，通過(guò)再坩堝頂部加蓋一個(gè)碳/碳復(fù)合材料蓋板，蓋板略大于坩堝，固定于坩堝四周的石墨護(hù)板上，蓋板中間設(shè)有圓孔，使得從石墨管道流入的惰性氣體氬氣可導(dǎo)入至石墨蓋板下，從而帶走熱場(chǎng)中的CO等雜質(zhì)氣體，使得硅料盡可能不受到熱場(chǎng)揮發(fā)物污染。但是石墨蓋板一般都是固定的(如圖3所示)，且蓋板與硅料的距離較大，雜質(zhì)氣體在蓋板附近形成渦流，硅料熔化時(shí)體積減小，蓋板與硅料的距離逐漸增大，當(dāng)距離超過(guò)一定值之后，渦流現(xiàn)象更加明顯，不利于雜質(zhì)氣體的排出，含有碳、氧雜質(zhì)的氣體長(zhǎng)期滯留在熔體上部，雜質(zhì)極易溶入熔體，降低了硅錠質(zhì)量。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種低雜質(zhì)含量硅錠鑄造爐，解決現(xiàn)有的硅錠鑄造爐鑄造出的硅錠含有的碳氧雜質(zhì)過(guò)高而導(dǎo)致硅錠質(zhì)量低下的現(xiàn)象。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種低雜質(zhì)含量硅錠鑄造爐，

包括爐體、設(shè)置在爐體內(nèi)的隔熱籠以及設(shè)置在隔熱籠中熱交換臺(tái)，所述的隔熱籠通過(guò)升降桿A連接爐體外部的升降裝置A，所述的熱交換臺(tái)上放置有一個(gè)坩堝，所述的坩堝的底部及四周分布有加熱器，坩堝的上端還設(shè)置有一個(gè)蓋板，所述的蓋板的橫截面小于坩堝的口徑，爐體上端的通氣口處設(shè)置有一個(gè)套管，所述的套管依次穿過(guò)隔熱籠和蓋板連通到坩堝中，所述的蓋板通過(guò)升降桿B連接爐體外部的升降裝置B，蓋板的下表面貼合有一個(gè)高純鉬片。

進(jìn)一步，上述的升降A(chǔ)和升降桿B都包括有位于爐體內(nèi)的吊桿和位于爐體外的波紋管，吊桿與波紋管密封連接。

上述的高純鉬片通過(guò)鉬釘固定在蓋板的下表面。

上述的套管為石墨套管，套管包括兩個(gè)能夠相互無(wú)縫套接的管A和管B，所述的管A的上端連接爐體上端通氣口，其下端無(wú)縫套接管B的上端，管B的下端固定在蓋板上，且管B的下端口與蓋板的下端面持平；管A和管B的總長(zhǎng)度大于或等于蓋板到爐體頂部最大距離。

所述的熱交換臺(tái)通過(guò)支柱進(jìn)行固定，所述的支柱的一端安裝在熱交換臺(tái)的底面，另一端穿過(guò)隔熱籠安裝在爐體的底部。

所述的坩堝的周邊設(shè)置有石墨護(hù)板。

所述的隔熱籠的下端設(shè)置有一個(gè)隔熱底板。

設(shè)蓋板與坩堝壁之間距離為d2，蓋板與硅熔體表面的距離為d1，理論模擬表明，當(dāng)d1>100mm時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)渦流現(xiàn)象，渦流強(qiáng)度隨距離的增加而增大；當(dāng)d2>40mm時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)渦流現(xiàn)象。上述實(shí)驗(yàn)得到d1范圍在40~100mm，d2范圍在10~40mm，可以避免渦流的生成。

本實(shí)用新型的有益效果是：

（1）將原有固定不可調(diào)的碳/碳蓋板改進(jìn)為可以上下調(diào)節(jié)高度的活動(dòng)蓋板，通過(guò)調(diào)整蓋板高度使得蓋板與硅熔體表面的距離在一定范圍內(nèi)，能夠防止熔體上方氬氣渦流現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而有效地排出雜質(zhì)氣體，減少硅錠中的碳氧雜質(zhì)；

（2）在碳/碳蓋板下表面貼附了一層鉬片，隔絕了蓋板與硅蒸氣之間的反應(yīng)，大大減少了碳等雜質(zhì)的產(chǎn)生，并延長(zhǎng)了蓋板的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1?為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2?為本實(shí)用新型的蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3?為使用現(xiàn)有蓋板在石英坩堝內(nèi)部產(chǎn)生渦流示意圖；

圖4?為使用本實(shí)用新型蓋板在石英坩堝內(nèi)部氣流示意圖；

圖中，1-爐體，2-隔熱籠，3-熱交換臺(tái)，4-支柱，5-隔熱底板，6-加熱器，7-蓋板，8-石墨護(hù)板，9-坩堝，10-套管，11-硅熔體，12-升降桿B，13-吊桿，14-波紋管，15-升降桿A，16-高純鉬片，17-鉬釘，18-升降裝置A，19-升降裝置B。