[發明專利]一種多晶硅鑄錠爐底部小保溫板活動裝置及多晶硅鑄錠爐

在審

• 申請號: 201410692805.7
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104328492A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 呂鐵錚
• 申請（專利權）人: 呂鐵錚
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 寧星耀

技術領域

本發明涉及一種多晶硅鑄錠爐，尤其是涉及一種多晶硅鑄錠爐底部小保溫板活動裝置，及包括所述底部小保溫板活動裝置的多晶硅鑄錠爐。

技術背景

硅晶體的生長，一般分為多晶鑄錠，單晶提拉以及區熔生長三種方法，隨著晶體硅光伏產品的大規模應用，太陽能級晶體硅片產業的不斷發展成熟，硅片作為原材料，其價格逐漸在理性的回落，同時也造成了硅片生產廠家利潤空間的不斷壓縮。提高硅片質量，降低加工成本成為擺在所有太陽能硅片生產廠家面前的問題。晶體硅光伏發電的產業鏈包含從硅料-硅片-電池-組件-系統的過程，其中硅片的生產主要由晶體生長及晶體切割兩大塊，而晶體生長是制造高質量硅片的根本。在晶體硅光伏發電中，多晶定向凝固由于成本低，產量大，逐漸成為硅片生產的主流技術，但是由于其存在的晶體缺陷，雜質等因素，使得多晶電池的轉換效率始終和單晶電池有一定的差距。改進多晶鑄錠的生長方法，已經成為當前多晶硅片改進的主要方向。多晶鑄錠與單晶提拉方法的不同之處在于，提拉生長擁有子晶，后續引晶，等徑等步驟都是基于子晶來完成，所以晶體具有一定的晶向，而多晶鑄錠中成核是一個根據熱力學隨機成核的過程，多晶硅錠的結構每次都不盡相同。硅材料的不同晶向對載流子的復合能力以及雜質缺陷的接受能力不同，其中硅的〈110〉和〈112〉的孿晶結構由于原子排列密集，界面能低等原因，雜質缺陷沉淀得少，且載流子的復合很弱，因此少子壽命（即載流子壽命）相對較高，該部分非常適合用來做電池的基底硅片。

其中多晶鑄錠為典型的熔體固化的生長方法：多晶硅原料先在高溫下被加熱熔化成熔體，然后通過底部冷卻，向上定向凝固開始晶體生長，其生長過程相對緩慢，在生長完成后，晶體進行退火冷卻到常溫。研究顯示，為了形成適宜的〈110〉和〈112〉的硅孿晶結構，需要在結晶成核的過程中形成一定的過冷度，通常為低于熔點10-100K之間。

目前，大部分多晶硅鑄錠爐開始進行鑄錠量擴大的升級改造，即保持現有多晶硅鑄錠爐的爐體結構不變的情況下，擴大熱場，由原來的G5型錠升級到G6，G7型錠。G5，G6，G7分別指硅錠的重量，G5指該硅錠由5x5=25個相同重量的小硅塊組成，類推之，則G6，G7的產量分別比G5提高了44%，96%。通過改造，可以提高鑄錠的產量及降低硅片的單位成本，降低光伏發電的每瓦成本。但是由于改造后爐體尺寸不變，改造后錠的重量分別提高44%，96%，需要熱場底部散熱能力也相應提高，利用現有隔熱籠提升技術的散熱能力僅僅少量提高，所以將會使得鑄錠過程中的凝固速度大大降低。如目前G5型鑄錠的凝固時間約為25小時，但是G6型鑄錠的凝固時間達到了40小時左右，而G7型鑄錠的凝固時間更長。這樣無形中增加了硅片生產的成本，同時由于凝固過程中，硅料大部分仍處于高溫熔化狀態，也增加了漏硅的風險。此外，由于硅錠與坩堝接觸時間長，也會造成氧一定的擴散污染，使得晶體質量下降。

目前，G5，G6，G7的底部保溫板均為一個整塊板，長晶時坩堝底部的熱量較坩堝邊緣的熱量難以輻射出去，造成了長晶時的固液界面呈微凹形的，溶解在硅熔體中的雜質將沉積在中間部位，這樣生長出來的晶體質量偏低，切出來的硅片轉化效率也偏低。同時對于較大的G6型(800公斤左右)，G7型（1200公斤左右）的多晶鑄錠而言，結晶潛熱巨大，按照目前的隔熱籠輻射散熱方式，已經很難有效的散發結晶潛熱。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種多晶硅鑄錠爐底部小保溫板活動裝置，包括具有該底部小保溫板活動裝置的多晶硅鑄錠爐，在長晶過程中，除了有邊緣隔熱籠提升的輻射散熱外，還提供一個坩堝正下方的豎直的輻射散熱通道，這樣不僅有長晶初期的過冷度，而且還可以調節生長過程中的固液界面呈有益的微凸型，并且助凝塊的散熱能力加強，進行定向凝固時，速度快，晶體產品質量高。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：一種多晶硅鑄錠爐底部小保溫板活動裝置，包括底部小保溫板，支撐桿，伸縮管，升降裝置；用上螺母和下螺母將所述底部小保溫板固定在支撐桿的上部；所述支撐桿的下部穿伸至伸縮管底部；所述伸縮管上端與爐體相連，伸縮管下端與升降裝置相連接；在所述升降裝置的控制下底部小保溫板可以沿支撐桿的軸向上下活動。

進一步，所述升降裝置由升降桿和伺服電機組成，升降桿沿伺服電機可以上下運動，從而帶動支撐桿上部的底部小保溫板上下運動。

進一步，所述升降裝置還可以替換為C形卡，根據底部小保溫板不同的升降高度配置相應高度的C形卡。