多晶矽鑄錠爐冷卻塊的製作方法
2023-07-27 01:16:36 2
多晶矽鑄錠爐冷卻塊的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多晶矽鑄錠爐冷卻塊，它屬於新能源、光伏領域。本實用新型包括冷卻塊本體和坩堝，坩堝位於冷卻塊本體的頂面，冷卻塊本體的頂面開有凹槽，坩堝覆蓋在凹槽上，凹槽的中心線、坩堝的中心線和冷卻塊本體的中心線相互重合。本實用新型中的正方形的凹槽，利用空氣和石墨的導熱率的差異，實現對坩堝邊角部位的適當保溫，從而抑制坩堝壁附近晶粒的優先生長，獲得比較平坦的固液界面，從而提高定向凝固多晶矽的質量。
【專利說明】多晶矽鑄錠爐冷卻塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種冷卻塊，尤其是涉及一種多晶矽鑄錠爐冷卻塊，主要應用在光伏太陽能領域中多晶矽定向凝固鑄造設備熱場系統，它屬於新能源、光伏領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著全球石油、煤炭等化石、非可再生資源的日益枯竭，太陽能逐漸成為未來最重要的可再生新能源之一，多晶矽太陽電池是最重要的光伏產品之一，製備該產品需要將太陽能級矽料鑄成矽錠，然後開方、切片等步驟製作太陽電池用矽片，再進行後續的電池片、組件、電站的製作。
[0003]目前採用的鑄造方法多為定向凝固，即多晶矽晶體從坩堝的底部開始生長。該方法具有投爐量大的特點，另外得到的多晶矽晶粒平行於晶體生長方向，經過矽片製造工藝後，晶界平面垂直於矽片表面，對太陽電池的光電效率影響不大。因此，定向凝固是目前最主流的多晶矽鑄錠方法。該類方法需要在坩堝底部採用冷卻塊，用於導出坩堝底部熱量，配合隔熱籠的上升，實現坩堝底部溫度過冷，從而底部先進行結晶。
[0004]但是，坩堝底部的邊角區域散熱比較快，使得坩堝壁附近的晶粒生長速度較快，晶粒的生長方向偏移了豎直向上的方向，導致了矽片中晶界未垂直於矽片表面的現象，降低太陽電池的光電轉換效率。
[0005]中國專利號201110370471.8公開了一種名稱為「多晶矽鑄錠裝置」的發明專利。該實用新型專利包括爐體和支架，爐體內設有坩堝，坩堝外側設有石墨坩堝，石墨坩堝下方設有石墨冷卻塊，雖然該專利增加提純和晶體生長效果，提高了多晶矽鑄錠裝置的可靠性能，但是坩堝底部散熱比較快，坩堝附近的晶粒生產速度較快，晶粒的生長方向發生偏移，故其還是存在上述缺陷。
[0006]中國專利號200820031102.X公開了一種名稱為「具有石墨冷卻塊保溫條的多晶矽鑄錠爐熱場結構」的實用新型專利，該專利包括保溫隔熱籠體、保溫隔熱籠體內安裝在側面和頂面的加熱器和放置坩堝的石墨冷卻塊，在石墨冷卻塊的底部四周安裝保溫條，該專利使得有效區域內微晶的含量降低，但是不能抑制坩堝壁附近優先結晶，光電轉換效率低，故其還是存在上述缺陷。
實用新型內容
[0007]本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術存在的缺陷，而提供一種結構設計合理，抑制坩堝壁附近優先結晶、提高鑄造多晶矽性能的多晶矽鑄錠爐冷卻塊。
[0008]本實用新型解決上述問題所採用的技術方案是:一種多晶矽鑄錠爐冷卻塊，包括冷卻塊本體和坩堝，所述坩堝位於冷卻塊本體的頂面，其特徵在於:所述冷卻塊本體的頂面開有凹槽，所述的坩堝覆蓋在凹槽上，所述凹槽的中心線、坩堝的中心線和冷卻塊本體的中心線相互重合；具有抑制坩堝壁附近優先結晶的特點，提高了定向凝固多晶矽的質量，從而提高了太陽電池的光電轉化效率。[0009]本實用新型所述的凹槽形狀為環狀正方形；正方形的凹槽，利用空氣和石墨的導熱率的差異，實現對坩堝邊角部位的適當保溫，從而抑制坩堝壁附近晶粒的優先生長。
[0010]本實用新型所述凹槽包括內壁和外壁,所述凹槽的內壁邊長為624-676mm，外壁邊長為780-875mm ;用於G5坩堝，即鑄錠開方可以得到二十五塊截面為156mmX 156mm的晶磚。
[0011]本實用新型所述凹槽包括內壁和外壁，所述凹槽的內壁邊長為780-832mm，外壁邊長為935-1030mm ;用於G6坩堝2，即鑄錠開方可以得到三十六塊截面為156mmX 156mm的晶磚。
[0012]本實用新型所述凹槽的槽寬為103-250mm，所述的凹槽的深度為5_20mm ;不同的
凹槽寬度和深度適用於不同的坩堝使用，提高多晶矽的質量。
[0013]本實用新型所述的冷卻塊本體為石墨材質；石墨材質耐高溫、導熱均勻,機械強度高，便於加工。
[0014]本實用新型與現有技術相比具有以下優點和效果:1、結構設計合理，具有正方形的凹槽，利用空氣和石墨的導熱率的差異，實現對坩堝邊角部位的適當保溫，從而抑制坩堝壁附近晶粒的優先生長，獲得比較平坦的固液界面，從而提高定向凝固多晶矽的質量；2、提高了多晶矽錠及其太陽電池片的質量，並降低了多晶矽片的生產成本，提高了太陽電池的光電轉化效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型中的冷卻塊本體和坩堝的整體結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型中凹槽的結構示意圖。
[0017]圖3為本實用新型圖2中A-A剖視結構示意圖。
[0018]圖中:冷卻塊本體I,坩堝2，凹槽3，內壁4，外壁5，槽深6，頂面7。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。
[0020]實施例一:參見圖1-圖3，本實施例包括冷卻塊本體1、坩堝2、凹槽3、內壁4、外壁5、槽深6和頂面7。
[0021 ] 本實施例中的冷卻塊本體I和坩堝2接觸，坩堝2位於冷卻塊本體I的頂面,冷卻塊本體I的頂面7開有環狀正方形的凹槽3，凹槽3的中心線與冷卻塊本體I的中心線相互重合，坩堝2放置在冷卻塊本體I上進行定向凝固。
[0022]本實施中的凹槽3包括內壁4和外壁5，凹槽3的內壁4邊長為625mm，外壁5邊長為780臟，凹槽3的寬度為103mm，凹槽3的槽深6為5mm，凹槽3的內壁4和外壁5的邊與冷卻塊本體I的對應邊相互平行。
[0023]本實施例中的坩堝2覆蓋在凹槽3上，只有將坩堝2移開才能看到凹槽3，坩堝2的底面尺寸要與實際凹槽3的外壁5大小匹配，坩堝2的中心線與凹槽3的中心對齊，使得坩堝2與凹槽3覆蓋。
[0024]本實施例中的冷卻塊本體I採用石墨材質製成。
[0025]使用時，首先進行裝料，將多晶矽原料裝入噴塗和燒結好的坩堝2中，再將坩堝2放在冷卻塊本體I上，關閉爐腔，然後進行化料、長晶、退火等晶體生長過程，打開爐腔，取出坩堝2，進行冷錠，通過沾錠、開方、切片過程，製成矽片，製備電池片，製備組件，最後組裝電站。
[0026]實施例二:參見圖1-圖3，本實施例包括冷卻塊本體1、坩堝2、凹槽3、內壁4，外壁5和槽深6。
[0027]本實施例中冷卻塊本體I與坩堝2接觸，坩堝2位於冷卻塊本體I的頂面,冷卻塊本體I的頂面7開有凹槽3，冷卻塊本體I採用石墨材質。
[0028]本實施例中凹槽3的中心線與冷卻塊本體I的中心線在同一直線上，凹槽3包括內壁4和外壁5，凹槽3為環狀的正方形，凹槽3的內壁4和外壁5的邊與冷卻塊本體I的對應邊相互平行。
[0029]本實施例中凹槽3的內壁4邊長為677mm，外壁5邊長為875mm，凹槽3的寬度為250mm,凹槽3的槽深7為2Ctam。
[0030]本實施例中的坩堝2覆蓋在凹槽3上，只有將坩堝2移開才能看到凹槽3，坩堝2的底面尺寸要與實際凹槽3的外壁5大小匹配，坩堝2的中心線與凹槽3的中心對齊，使得坩堝2與凹槽3覆蓋。
[0031]使用時，首先進行裝料，將多晶矽原料裝入噴塗和燒結好的坩堝2中，再將坩堝2放在冷卻塊本體I上，關閉爐腔，然後進行化料、長晶、退火等晶體生長過程，打開爐腔，取出坩堝2，進行冷錠，通過沾錠、開方、切片過程，製成矽片，製備電池片，製備組件，最後組裝電站。
[0032]實施例三:參見圖1-圖3，本實施例包括冷卻塊本體1、坩堝2、凹槽3、內壁4，外壁5和槽深6。
[0033]本實施例中冷卻塊本體I與坩堝2接觸，坩堝2位於冷卻塊本體I的頂面,冷卻塊本體I的頂面7開有凹槽3，冷卻塊本體I採用石墨材質。
[0034]本實施例中凹槽3的中心線與冷卻塊本體I的中心線在同一直線上，凹槽3包括4和外壁5，凹槽3的四個邊與冷卻塊本體I對應方向的四個邊相互平行，凹槽3為環狀的正方形。
[0035]本實施例中凹槽3的內壁4邊長為780mm，外壁5邊長為935mm，凹槽3的寬度為103mm,凹槽3的槽深7為5謹。
[0036]本實施例中的坩堝2覆蓋在凹槽3上，只有將坩堝2移開才能看到凹槽3，坩堝2的底面尺寸要與實際凹槽3的外壁5大小匹配，坩堝2的中心線與凹槽3的中心對齊，使得坩堝2與凹槽3覆蓋。
[0037]使用時，首先進行裝料，將多晶矽原料裝入噴塗和燒結好的坩堝2中，再將坩堝2放在冷卻塊本體I上，關閉爐腔，然後進行化料、長晶、退火等晶體生長過程，打開爐腔，取出坩堝2，進行冷錠，通過沾錠、開方、切片過程，製成矽片，製備電池片，製備組件，最後組裝電站。
[0038]實施例四:參見圖1-圖3，本實施例包括冷卻塊本體1、坩堝2、凹槽3、內壁4，外壁5和槽深6。
[0039]本實施例中冷卻塊本體I與坩堝2接觸，坩堝2位於冷卻塊本體I的頂面,冷卻塊本體I的頂面7開有凹槽3，冷卻塊本體I採用石墨材質。[0040]本實施例中凹槽3的中心線與冷卻塊本體I的中心線在同一直線上，凹槽3包括內壁4和外壁5，凹槽3的四個邊與冷卻塊本體I對應方向的四個邊相互平行，凹槽3為環狀的正方形。
[0041]本實施例中凹槽3的內壁4邊長為832mm，外壁5邊長為1030mm，凹槽3的寬度為250mm,凹槽3的槽深7為2Ctam。
[0042]本實施例中的坩堝2覆蓋在凹槽3上，只有將坩堝2移開才能看到凹槽3，坩堝2的底面尺寸要與實際凹槽3的外壁5大小匹配，坩堝2的中心線與凹槽3的中心對齊，使得坩堝2與凹槽3覆蓋。
[0043]使用時，首先進行裝料，將多晶矽原料裝入噴塗和燒結好的坩堝2中，再將坩堝2放在冷卻塊本體I上，關閉爐腔，然後進行化料、長晶、退火等晶體生長過程，打開爐腔，取出坩堝2，進行冷錠，通過沾錠、開方、切片過程，製成矽片，製備電池片，製備組件，最後組裝電站。
[0044]實施例一和實施例二適用於G5坩堝2，即鑄錠開方可以得到二十五塊截面為1 56mmX 156mm 的晶磚。
[0045]實施例三和實施例四適用於G6坩堝2，即鑄錠開方可以得到三十六塊截面為156mmX 156mm 的晶磚。
[0046]本實施例中所說的G5坩堝2和G6坩堝2，本行業的技術人員一看就會知曉，故在此處不多解釋關於G5坩堝2和G6坩堝2的內容。
[0047]本實施例中的凹槽3的結構不局限於是正方形，冷卻塊本體I的材質也可以採用其它的材質，只要最終能夠實施，達到本實用新型的效果，結構和材質的簡單變化均是以本實用新型為思路。
[0048]以上僅僅是本說明書中所描述的一個具體實施例，可以在此實用新型中增加裝置，凡依本實用新型專利構思所述的構造、特徵及材料所做的等效或簡單變化，均包括於本實用新型專利的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種多晶矽鑄錠爐冷卻塊，包括冷卻塊本體和坩堝，所述坩堝位於冷卻塊本體的頂面，其特徵在於:所述冷卻塊本體的頂面開有凹槽，所述的坩堝覆蓋在凹槽上，所述凹槽的中心線、坩堝的中心線和冷卻塊本體的中心線相互重合，所述的凹槽形狀為環狀正方形，所述凹槽包括內壁和外壁。
2.根據權利要求1所述的多晶矽鑄錠爐冷卻塊，其特徵在於:所述凹槽的內壁邊長為625-677mm，外壁邊長為 780_875mm。
3.根據權利要求1所述的多晶矽鑄錠爐冷卻塊，其特徵在於:所述凹槽的內壁邊長為780-832mm，外壁邊長為 935_1030mm。
4.根據權利要求1所述的多晶矽鑄錠爐冷卻塊，其特徵在於:所述凹槽的槽寬為103-250mm,凹槽的槽深為5_20mm。
5.根據權利要求1所述的多晶矽鑄錠爐冷卻塊，其特徵在於:所述的冷卻塊本體為石墨材質。
【文檔編號】C30B29/06GK203498504SQ201320462596
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】沈永華, 黃列群, 潘東傑, 夏小江, 高強, 湯瑤, 朱丹 申請人:浙江省機電設計研究院有限公司