一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板的製作方法

2023-09-20 11:22:05

專利名稱：一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能光伏發電領域，具體涉及用於生長鑄造多體矽的複合材料擋板。
技術背景目前單晶矽與多晶矽是太陽能電池最常用的材料，其中多晶矽材料由於採用了定向凝固鑄錠技術、大晶粒生長或者準單晶生長技術，其光電轉換效率接近單晶矽材料，而其生產成本大大低於單晶矽，因而晶體矽太陽能電池更多地使用多晶矽鑄錠。在多晶矽鑄錠的生產中，通常會遇到的兩個問題，首先，靠近坩堝壁的多晶矽，收到坩堝壁的汙染，從而效率下降，因此要儘量避免與坩堝壁接觸的多晶矽向矽錠中部的擴散、生長，因此，合理的固液界面應該是中部上凸，以降低坩堝壁附件的多晶矽的生長速度。但是由於石墨護板是熱的良導體，因此，提供了較大的過冷度，造成與坩堝壁接觸的多晶矽的過快生長；其次，石墨護板的導熱能力非常強，會使得多晶矽鑄錠爐的能耗增加。與上述問題直接相關的是鑄錠過程中固液界面附近溫度的分布。由於石英坩堝外面採用的是石墨擋板，其熱導率較高，造成坩堝邊緣的等溫線分布嚴重偏離水平位置——等溫線在坩堝邊緣明顯向上彎曲，這樣固液界面形狀不是水平的，而是凹面，而且邊緣的溫度梯度遠高於坩堝中心，這造成了晶錠邊緣低效多晶矽的快速生長並能耗大增。因而有必要改進固液界面附近的溫度分布，使降低坩堝壁邊緣多晶矽生長速度和能耗。
發明內容本發明旨在解決現有技術的不足，提供一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，使坩堝邊緣與坩堝中心的溫度分布一致，提高晶體矽鑄錠的利用率。本發明解決上述問題所採用的技術方案是一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，包括石墨擋板，其中，所述石墨擋板內設有保溫體。上述一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，其中，所述保溫體由炭氈加工而成。本發明的有益效果是，由於石墨擋板內設有保溫體，通過採用石墨與炭氈組成的複合材料擋板，在定向凝固過程中坩堝邊緣與坩堝中心的溫度場分布將更加一致，其等溫線分布非常接近水平方向，表明固液界面接近水平方向而非凹面，解決了晶體矽定向凝固鑄錠過程中坩堝邊緣與坩堝中心溫度場分布不均的問題；另外溫度梯度在坩堝邊緣與坩堝中心不但大小相同，而且方向也高度一致，均指向垂直方向(定向凝固方向)，這樣晶體矽鑄錠的邊緣與中心性質將會一致，這會大大提高晶體矽鑄錠的利用率，降低系統能耗。此夕卜，與高熱導率的石墨擋板相比，採用該複合材料擋板後縱向溫度梯度提高，因而還可以提高長晶速率。

圖I是本發明的結構示意圖。[0010]圖2是採用純石墨擋板的溫度分布圖。圖3是採用複合材料擋板的溫度分布圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明作進一步說明。如圖I所示，一種用於生長鑄造晶體矽的複合材料擋板，主要由石墨I與保溫體2複合而成，保溫體2作為夾層位於石墨擋板I內，可位於中心位置，也可偏心設置，而石墨擋板I包覆在保溫體2周圍。保溫體2由高熱阻保溫材料加工而成，炭氈作為保溫材料起絕熱 作用，可優選，石墨材料主要利用其力學性能，起支撐作用。保溫體2的厚度為2 10_，石墨擋板I總厚度為15 30mm,優選保溫體2的厚度為2. 8mm,石墨擋板I的總厚度為25mm。這裡可以通過改變保溫體2的厚度來調整溫度梯度的大小，而保溫體2厚度的變化對溫度梯度方向的影響較小，可忽略。石墨擋板I的高度與寬度尺寸與改進前相同。圖2與圖3分別是採用純石墨擋板與複合材料擋板後的溫度分布圖。對比其溫度分布可以發現，採用複合材料擋板後基本可以消除坩堝內的橫向溫度梯度，這可以保證矽錠邊緣與中心性質一致性，很大程度上避免了邊緣次品的再回爐，從而大大提高其有效利用率。此外，在長晶過程中，縱向溫度梯度大小是改進之前的2倍，可以適當加快長晶速率。在實施過程中，值得注意的是，在熔料過程中需要適當地加大功率，防止矽料因擋板結構的變化而熔料時間過長。同時，這一思想除可以應用晶體矽的定向凝固工藝外，還可以應用於其它晶體的定向凝固工藝之中。以上僅是本發明的具體應用案例，對本發明的實質內容不構成任何限制。凡對擋板採用類似保溫處理而形成的技術方案，均在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，包括石墨擋板，其特徵在於，所述石墨擋板內設有保溫體。
2.如權利要求I所述一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，其特徵在於，所述保溫體由炭租加工而成。
3.如權利要求I所述一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，其特徵在於所述保溫體的厚度為2 10mm。
4.如權利要求I所述一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，其特徵在於所述石墨擋板總厚度為15 30mm。
專利摘要本實用新型涉及一種用於鑄造多晶矽的複合材料擋板，包括石墨擋板內設有保溫體，而石墨擋板包覆在保溫體周圍，本實用新型能夠使定向凝固鑄錠過程中坩堝內溫度梯度分布更加均勻，固液界面接近平面，從而使晶錠的邊緣與中心部分性質接近，大大提高了晶錠的有效利用率，而且長晶過程中溫度梯度得到增加，可以提高長晶速度，降低了生產成本，另外，該設計思想可以用於其它晶體的定向凝固工藝之中。
文檔編號C30B29/06GK202380131SQ20112045031
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者張錦根, 王祿寶, 袁志鍾 申請人:鎮江環太矽科技有限公司