[實用新型]一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2012-08-02
• 公開（公告）號: CN202671714U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 羅大偉;王臨水;路忠林;林洪峰;張鳳鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 天威新能源控股有限公司;保定天威集團有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 譚新民

技術(shù)領域

本實用新型涉及一種坩堝蓋板的改進結(jié)構(gòu)，具體是指一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，由于鑄造多晶硅較直拉單晶硅具有低成本、低能耗等優(yōu)勢，逐漸成為主要的光伏材料，其市場份額也日益增大。但由于鑄錠過程中加熱器、隔熱籠以及石墨護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、石英坩堝等發(fā)生熱化學反應，產(chǎn)生的CO和SiO等氣體通過內(nèi)部氣流進入硅熔體中，極易被熔硅吸收，從而引入碳氧雜質(zhì)，最終導致多晶硅中有較高的碳和氧含量，常規(guī)鑄錠中硅錠氧的濃度為1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以間隙態(tài)存在呈過飽和狀態(tài)。由于鑄錠工藝經(jīng)歷了從高溫到低溫的熱處理過程，如果氧濃度過高就容易形成熱施主或氧沉淀，成為復合中心或引入復合中心的二次缺陷，導致硅材料中少數(shù)載流子壽命降低，直接影響到太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外氧與硼原子作用形成的B-O對，也會導致太陽電池效率的降低；碳濃度可達1×1017/cm3，甚至超過碳在硅中的固溶度（4×1017/cm3）。碳雜質(zhì)可以作為氧沉淀的形成核心產(chǎn)生原生氧沉淀，而高濃度的碳可在硅熔體中形成SiC顆粒，影響硅錠的有效利用率。因此制備低碳低氧含量鑄造多晶硅錠對于多晶硅太陽電池實現(xiàn)低成本高效率具有重要的意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，石墨材料制成的護板會與二氧化硅制成的石英坩堝在高溫下發(fā)生反應產(chǎn)生含碳氣體，如一氧化碳及一氧化碳等，這些產(chǎn)生的氣體在現(xiàn)有的石英坩堝及護板、蓋板的結(jié)構(gòu)中，會流經(jīng)硅液的表面，在硅熔體的上方產(chǎn)生渦流，渦流的存在導致有害氣體長時間停留在石英坩堝內(nèi)部，與硅熔體的作用時間較長，從而使碳和氧被吸附及溶入硅液中，從而造成生長出的硅錠中的碳和氧的含量高。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)，解決惰性氣體在硅熔體的上方產(chǎn)生渦流，渦流的存在導致有害氣體長時間停留在石英坩堝內(nèi)部，造成生長出的硅錠中的碳和氧的含量高的問題，達到降低產(chǎn)品的含碳量和含氧量的目的。

本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)，包括石墨氣體套管，石墨氣體套管內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，在石墨氣體套管上安裝有石墨加熱器，在石墨加熱器下方安裝有坩堝蓋板，石墨氣體套管穿過坩堝蓋板，在所述坩堝蓋板底部安裝有楔形導氣裝置。通過在坩堝蓋板下方安裝楔形導氣裝置，楔形導氣裝置圍繞在石墨氣體套管開口的四周，消除了渦流的通路，可以為惰性氣體提供暢通的通道，能夠有效地將鑄造過程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質(zhì)碳和氧的含量，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且設計簡單、成本低廉，與現(xiàn)有的鑄錠爐的兼容性好，適合產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)的大范圍推廣。楔形導氣裝置的結(jié)構(gòu)通常有兩種：

第一種：所述楔形導氣裝置由垂直于坩堝蓋板的立板和斜板連接而成，且立板位于遠離石墨氣體套管的一端。這種結(jié)構(gòu)的楔形導氣裝置橫截面呈三角形，整體上成三角體，由四個楔形導氣裝置圍繞在石墨氣體套管開口處的四周，按照對稱的形式分布，惰性氣體進入后沿斜板緩緩移動，避免了惰性氣體在石墨氣體套管開口處形成渦流。

第二種：所述楔形導氣裝置包括安裝在石墨氣體套管開口端且垂直于坩堝蓋板的環(huán)形板，在環(huán)形板上連接有錐面板，錐面板構(gòu)成的錐體與石墨氣體套管同軸。該種結(jié)構(gòu)的楔形導氣裝置作用與第一種相同，均是利用斜板的導向功能，避免氣體的速度變化過大引起的渦流，有效阻斷渦流的途徑。

所述楔形導氣裝置由高純鉬制成。進一步講，采用高純鉬制成楔形導氣裝置，具有熔點高、傳熱效果好、不易軟化變形和揮發(fā)的優(yōu)點，且不會對鑄錠產(chǎn)生污染。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1本實用新型一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)，通過在坩堝蓋板下方安裝楔形導氣裝置，楔形導氣裝置圍繞在石墨氣體套管開口的四周，消除了渦流的通路，可以為惰性氣體提供暢通的通道，能夠有效地將鑄造過程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質(zhì)碳和氧的含量，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；

2本實用新型一種制備低碳低氧硅錠的蓋板改進結(jié)構(gòu)，采用高純鉬制成楔形導氣裝置，具有熔點高、傳熱效果好、不易軟化變形和揮發(fā)的優(yōu)點，且不會對鑄錠產(chǎn)生污染；