[實用新型]一種多晶鑄錠用陶瓷方形坩堝

有效

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• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN206916254U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱遠國;沈方濤;高明霞
• 申請（專利權(quán)）人: 山西潞安太陽能科技有限責任公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 李富元

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種坩堝，特別是一種多晶鑄錠用陶瓷方形坩堝。

背景技術(shù)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)多晶硅鑄錠技術(shù)已無法滿足市場對光伏產(chǎn)品品質(zhì)的需求，高質(zhì)量高轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池是行業(yè)一直追求的目標。高效多晶鑄錠工藝在國內(nèi)迅速發(fā)展并很快產(chǎn)業(yè)化，是近幾年多晶電池效率提升的最大貢獻者。為提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，業(yè)內(nèi)多是利用在坩堝底部鋪設(shè)籽晶的方法進行高效多晶鑄錠。相對于傳統(tǒng)的定向凝固多晶硅鑄錠，有籽晶鑄錠是先將特定的籽晶鋪設(shè)于石英坩堝底部，籽晶通常為高純硅粉、尺寸均勻的顆粒料、細小的原生碎料或碎硅片。在后續(xù)的硅料熔化過程中，通過工藝控制，使物料在坩堝內(nèi)從頂部向底部垂直熔化，最終留有一定高度籽晶不被完全熔化，未被熔化的籽晶能夠降低或避免晶體形核階段由坩堝底部直接異質(zhì)形核的概率，并在后續(xù)的晶體生長過程中作為晶體生長的晶核，解決了現(xiàn)有的硅晶體自發(fā)形核容易導致非均勻形核和晶核品質(zhì)低的問題，降低或消除了晶體形核所克服的勢壘引起的晶體缺陷。目前，這種有籽晶鑄錠技術(shù)被廣泛地應(yīng)用高效多晶鑄錠中，在相同的電池片制作工藝條件下，這種鑄錠技術(shù)生產(chǎn)的硅片所制得的電池光電轉(zhuǎn)換效率較傳統(tǒng)多晶提高0.3-0.5%。

對于有籽晶鑄錠技術(shù)，籽晶的控制是此種鑄錠方式核心技術(shù)，也是實現(xiàn)此種鑄錠技術(shù)的關(guān)鍵。但是在實際生產(chǎn)中，籽晶在高溫熔化過程較難被控制，邊角區(qū)域籽晶通常在1500℃的高溫下很容易被融化。

為保證鑄錠產(chǎn)品質(zhì)量，通常提高中心區(qū)域的籽晶高度來保證邊緣區(qū)域的籽晶，此種方法鑄錠產(chǎn)品合格率較低、生產(chǎn)成本較高；或者，在傳統(tǒng)熱場機構(gòu)基礎(chǔ)上進行熱場改進，以實現(xiàn)對籽晶的保護，但此種方法成本高、周期長，并且熱場的變動導致溫度場的變化可能對晶體質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。

所以，如何保證硅錠底部籽晶的完整性、提高鑄錠合格率，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種特制方形坩堝，可保證硅錠籽晶的完整性，使所產(chǎn)硅錠的晶體晶花均勻且控制在一定范圍內(nèi)，降低晶體內(nèi)部缺陷，提高電池效率，同時可降低籽晶高度、提高硅錠合格率。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：提供的一種多晶鑄錠用方形陶瓷坩堝，與普通坩堝相比，該坩堝本體內(nèi)底部設(shè)有弧形凸起，該凸起與坩堝為一整體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與坩堝本體材質(zhì)一致，均為高純石英砂，在坩堝生產(chǎn)中通過模具鑄造而成。所述坩堝底部凸起為弧形坡度，中心與四周、邊角平滑過渡。所述坩堝底部凸起中心相對高度為15mm-30mm。所述坩堝底部凸起布滿坩堝底部整個面積。

一種多晶鑄錠用陶瓷方形坩堝，底部從外向內(nèi)分為第一弧區(qū)、第二弧區(qū)、平頂區(qū)，第一弧區(qū)的寬度為方形坩堝底部邊長的1/20，第二弧區(qū)的寬度為方形坩堝底部邊長的1/5，平頂區(qū)的邊長為方形坩堝底部邊長的1/4，第二弧區(qū)中心向上凸起，第二弧區(qū)內(nèi)側(cè)與第二弧區(qū)的外側(cè)在豎直方向上高度差為15mm-30mm，第一弧區(qū)光滑連接陶瓷方形坩堝底部邊緣和第二弧區(qū)邊緣。

本實用新型的有益效果是：所述坩堝凸起部分，可使硅錠中心與邊角籽晶高度基本一致，同時可降低籽晶高度而減少尾部的切割量，硅錠合格率提高1%-2.5%；同時，弧形凸起可平衡邊角和中心的溫度，防止晶體生長時長晶界面凹陷，使長晶界面呈微凸狀，既可提高鑄錠過程中的排雜能力，又利于晶體的垂直生長、減少位錯的增殖，能提升硅錠電池轉(zhuǎn)換效率0.1%-3%。

附圖說明

圖1是本實用新型裝置底部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型橫截面結(jié)構(gòu)示意圖（圖1的A-A剖面示意圖）；

其中，1、第一弧區(qū)，2、第二弧區(qū)，3、平頂區(qū)。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，G6方形陶瓷坩堝(1045mm×1045mm×540mm)，其形狀如圖1，結(jié)構(gòu)包括普通陶瓷坩堝本體、坩堝底部第一弧區(qū)、坩堝底部第二弧區(qū)、坩堝底部平頂區(qū)。與普通坩堝相比，該坩堝內(nèi)底部設(shè)有第一弧區(qū)、第二弧區(qū)、平頂區(qū)，坩堝底部為一整體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與坩堝本體材質(zhì)一致，均為高純石英砂，在坩堝生產(chǎn)中通過模具鑄造而成。

所述坩堝底部第一弧區(qū)、第二弧區(qū)、中心與四周、邊角平滑過渡。

所述坩堝底部凸起中心（平頂區(qū)）相對高度為25mm。

通過相同多晶鑄錠爐及相同鑄錠及電池工藝，采用上述陶瓷坩堝和常規(guī)坩堝進行生產(chǎn)，其生產(chǎn)周期短、紅區(qū)長度少、硅錠合格率較高、電池轉(zhuǎn)換效率高，具體結(jié)果如下表。

本實用新型可以平衡邊角和中心的溫度，防止晶體生長時長晶界面凹陷，使長晶界面呈微凸狀，既可提高多晶鑄錠的排雜能力，又利于晶體的垂直生長、減少位錯的增殖，能提升硅錠電池轉(zhuǎn)換效率。