一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法
2023-05-28 22:29:31 3
一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法
【專利摘要】本發明涉及一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法，其包括石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、熱交換臺以及石墨立柱；其中，所述石英坩堝放置於石墨坩堝內；所述石墨坩堝置於熱交換臺上；所述加熱器設置於石墨坩堝四周；所述石墨立柱與所述熱交換臺連接，並能將冷卻氣體送入熱交換臺。本發明的底部增強冷卻裝置及其冷卻方法通過不同的散熱冷卻作用，控制固液界面形狀，並在長晶初期提高過冷度，從而解決大矽錠內部散熱難問題，以提高長晶質量。
【專利說明】一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種冷卻裝置，具體涉及一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法，其用於提高鑄錠質量，進而改善電池轉換效率，屬於晶體矽鑄造設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]多晶矽鑄錠以其低成本、高產出而廣受光伏行業認可。但鑄造過程中過多的缺陷和雜質存在，會影響了多晶矽電池的轉換效率。因此，控制鑄錠過程的熱場，減少晶體缺陷和雜質，提高電池轉換效率，已成為共同關注的問題。
[0003]目前，普遍採用的熱場控制方式主要是通過加熱器功率調整和打開隔熱層來實現的。但隨著鑄錠越來越趨向於大級別，以及準單晶鑄造技術的應用，對熱場控制的要求也越來越高。簡單地依靠這兩者調整，無法滿足大矽錠內部的散熱要求，更無法控制晶體生長取向，以減少晶體缺陷和雜質的沉積。
[0004]因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種底部增強冷卻裝置及其冷卻方法，以克服現有技術中的所述缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種結構簡單、散熱性能好的底部增強冷卻裝置，其解決了大矽錠內部散熱難的問題。
[0006]本發明的另一目的在於提供一種底部增強冷卻裝置的冷卻方法，其利用冷卻氣體在冷卻過程中的不同作用，根據晶體熔化長晶不同階段的要求控制冷卻氣體的流向和流量，優化晶體生長。
[0007]為實現上述第一目的，本發明採取的技術方案為:一種底部增強冷卻裝置，其包括石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、熱交換臺以及石墨立柱；其中，所述石英坩堝放置於石墨坩堝內；所述石墨坩堝置於熱交換臺上；所述加熱器設置於石墨坩堝四周；所述石墨立柱與所述熱交換臺連接，並能將冷卻氣體送入熱交換臺。
[0008]本發明的底部增強冷卻裝置進一步設置為:於所述熱交換臺的中心設有一中心孔，於所述熱交換臺的四個角上分別設有一開孔，所述中心孔和四個開孔分別與一石墨立柱連通。
[0009]本發明的底部增強冷卻裝置進一步設置為:於所述熱交換臺上間隔設置有若干口字形槽，所述若干口字形槽相互連通。
[0010]本發明的底部增強冷卻裝置進一步設置為:其包括一隔熱籠；所述熱交換臺、石英坩堝、石墨坩堝、加熱器均收容於隔熱籠內。
[0011]本發明的底部增強冷卻裝置還設置為:所述隔熱籠收容於一真空爐體內，該真空爐體內通入一抽氣管。
[0012]為實現上述第二目的，本發明採取的技術方案為:一種底部增強冷卻裝置的冷卻方法，其包括如下工藝步驟:1)，籽晶熔化階段:加熱器加熱，將冷卻氣體從熱交換臺的四周開孔通入，攜帶部分熱量的冷卻氣體進一步向熱交換臺的中心孔移動，最後由中心孔流出，形成一個四周冷、中心熱的溫度梯度，來中和加熱器加熱形成的側面冷、中心熱的凸界面；
2)，熔化結束後，由中心孔位置充入冷卻氣體，逐漸向四周開孔流出，形成反向的冷卻作用；
3 )，完成初始形核之後，降低冷卻氣體流量，直至冷卻結束。
[0013]本發明的底部增強冷卻裝置的冷卻方法進一步為:所述冷卻氣體為氬氣。
[0014]本發明的底部增強冷卻裝置的冷卻方法進一步為:所述步驟I)的冷卻氣體通入流量小於步驟2)的冷卻氣體通入流量。
[0015]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:本發明的底部增強冷卻裝置及其冷卻方法通過不同的散熱冷卻作用，控制固液界面形狀，並在長晶初期提高過冷度，從而解決大矽錠內部散熱難問題，以提高長晶質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的底部增強冷卻裝置的結構示意圖。
[0017]圖2是本發明的底部增強冷卻裝置的熱交換臺的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]請參閱說明書附圖1和附圖2所示，本發明為一種底部增強冷卻裝置，其由石英坩堝1、石墨坩堝2、加熱器3、熱交換臺4以及石墨立柱5等幾部分組成。
[0019]其中，所述石英坩堝I內裝有矽料6，其收容於石墨坩堝2內並由石墨坩堝2保護。所述石墨坩堝2置於熱交換臺4上。
[0020]所述加熱器3設置於石墨坩堝2四周，其能對矽料6進行加熱。
[0021]所述石墨立柱5與所述熱交換臺4連接,並能將冷卻氣體送入熱交換臺4。
[0022]進一步的，於所述熱交換臺4的中心設有一中心孔41，於所述熱交換臺4的四個角上分別設有一開孔42，所述中心孔41和四個開孔42分別與一石墨立柱5連通，使冷卻氣體可以進出熱交換臺4。於所述熱交換臺4上間隔設置有若干口字形槽43，所述若干口字形槽43相互連通，從而保證冷卻氣體由中心孔41進入，向四周開孔42流動，最終沿四周開孔42流出熱交換臺4，或者由開孔42進入熱交換臺4，氣體向中心孔41流動，最終在中心孔41流出。
[0023]本發明的底部增強冷卻裝置進一步包括一隔熱籠7 ;所述熱交換臺4、石英坩堝1、石墨坩堝2、加熱器3均收容於隔熱籠7內。所述隔熱籠7收容於一真空爐體8內，該真空爐體8內通入一送氣管9。
[0024]本發明的底部增強冷卻裝置的冷卻方法如下:
I)，籽晶熔化階段:加熱器3加熱會使得加熱過程中矽錠側面溫度要高於中心，籽晶四周熔化的會比中間快，為保持一致的熔化速率，將冷卻氣體從熱交換臺4的四周開孔42通入，攜帶部分熱量的冷卻氣體進一步向熱交換臺4的中心孔41移動，最後由中心孔41流出，形成一個四周冷、中心熱的溫度梯度，來中和加熱器3加熱形成的側面冷、中心熱的凸界面；2)，熔化結束後，由於矽錠內部的熱量無法及時散失，而外壁加熱器功率降低，形成側面冷中心熱的凹面，此時，由中心孔41位置充入冷卻氣體，逐漸向四周開孔42流出，形成反向的冷卻作用；此外，由於初始長晶階段較高的過冷度要求，冷卻氣體(氬氣)的流量上也需要適當加大，即所述步驟2)的冷卻氣體通入流量大於步驟I)的冷卻氣體通入流量，以提高形核效率；
3)，完成初始形核之後，降低冷卻氣體流量，維持一個弱冷卻作用散熱，直至冷卻結束。
[0025]以上的【具體實施方式】僅為本創作的較佳實施例，並不用以限制本創作，凡在本創作的精神及原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本創作的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種底部增強冷卻裝置，其特徵在於:包括石英坩堝、石墨坩堝、加熱器、熱交換臺以及石墨立柱；其中，所述石英坩堝放置於石墨坩堝內；所述石墨坩堝置於熱交換臺上；所述加熱器設置於石墨坩堝四周；所述石墨立柱與所述熱交換臺連接，並能將冷卻氣體送入熱交換臺。
2.如權利要求1所述的底部增強冷卻裝置，其特徵在於:於所述熱交換臺的中心設有一中心孔，於所述熱交換臺的四個角上分別設有一開孔，所述中心孔和四個開孔分別與一石墨立柱連通。
3.如權利要求2所述的底部增強冷卻裝置，其特徵在於:於所述熱交換臺上間隔設置有若干口字形槽，所述若干口字形槽相互連通。
4.如權利要求3所述的底部增強冷卻裝置，其特徵在於:其進一步包括一隔熱籠；所述熱交換臺、石英坩堝、石墨坩堝、加熱器均收容於隔熱籠內。
5.如權利要求4所述的底部增強冷卻裝置，其特徵在於:所述隔熱籠收容於一真空爐體內，該真空爐體內通入一送氣管。
6.一種採用權利要求2至5任意一項所述的底部增強冷卻裝置的冷卻方法，其特徵在於:包括如下工藝步驟: 1)，籽晶熔化階段:加熱器加熱，將冷卻氣體從熱交換臺的四周開孔通入，攜帶部分熱量的冷卻氣體進一步向熱交換臺的中心孔移動，最後由中心孔流出，形成一個四周冷、中心熱的溫度梯度，來中和加熱器加熱形成的側面冷、中心熱的凸界面； 2)，熔化結束後，由中心孔位置充入冷卻氣體，逐漸向四周開孔流出，形成反向的冷卻作用； 3 )，完成初始形核之後，降低冷卻氣體流量，直至冷卻結束。
7.如權利要求6所述的底部增強冷卻裝置的冷卻方法，其特徵在於:所述冷卻氣體為IS氣。
8.如權利要求7所述的底部增強冷卻裝置的冷卻方法，其特徵在於:所述步驟I)的冷卻氣體通入流量小於步 驟2)的冷卻氣體通入流量。
【文檔編號】C30B28/06GK103924293SQ201310008411
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月10日 優先權日:2013年1月10日
【發明者】孫建江, 袁華中, 張喻, 朱偉鋒, 孫力鋒 申請人:浙江精功科技股份有限公司