用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐的製作方法
2023-04-28 03:32:56
專利名稱：用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及光伏領域，具體是用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐。
背景技術：
人們常常通過在鑄錠爐中進行定向凝固獲得結晶取向一致、晶粒粗大的鑄造多晶矽，由於鑄錠過程中鑄錠爐的加熱器、隔熱籠及護板均主要採用碳材料製成，在高溫下這些碳材料製成的部件會與石英坩堝發生化學反應產生一氧化碳和一氧化矽，同時熔體矽也會與石英坩堝反應產生一氧化矽氣體，一氧化碳和一氧化矽氣體會與熔體矽相互作用，且極易被熔體矽吸收並進入熔體矽中，進而導致矽錠含有較高的碳和氧雜質。由於鑄錠工藝經歷了從高溫到低溫的熱處理過程，如果熔體矽中氧濃度過高就容易形成熱施主或氧沉澱，成為複合中心或引入複合中心的二次缺陷，導致矽材料中少數載流子壽命降低，直接影響 到太陽電池的光電轉換效率。此外碳雜質可以作為氧沉澱的形成核心產生原生氧沉澱，而高濃度的碳在熔體矽中形成碳化矽顆粒，影響矽錠的有效利用率。目前的鑄錠爐在生產多晶矽鑄錠時，為了防止位於石英坩堝上方的石墨加熱器中的碳雜質或其他雜質掉入石英坩堝內，造成製備得到的多晶矽錠的碳雜質含量以及其他雜質含量偏高，以及防止液面蒸發氣體對加熱器的侵蝕，所以現有技術一般採用蓋板將幾塊護板拼接成的口部蓋住。為了減少進入熔體矽中的一氧化碳和一氧化矽所體，在蓋板下方和熔體矽上方之間的區域引入惰性氣體起保護作用。然而，現有鑄錠爐在設置蓋板並引入惰性氣體後，氣體在熔體矽的上方易產生渦流，渦流的存在則會導致一氧化碳和一氧化矽長時間停留在石英坩堝內部，碳和氧被吸附或溶入液體矽中，從而造成製成矽錠的碳和氧含量高。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供了一種能改善鑄錠爐內氣體的流動，從而避免熔體矽上方產生渦流的用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐。本實用新型的目的主要通過以下技術方案實現用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，包括爐體、設置在爐體內的隔熱籠、以及設置在隔熱籠內的加熱器和石英坩堝，所述石英坩堝上端開口，加熱器設置在石英坩堝上方，加熱器與石英坩堝之間設置有蓋板，爐體連接有穿過爐體、隔熱籠及蓋板的石墨套管，所述石墨套管的下端開口位於蓋板與石英坩堝之間，所述蓋板的中央部位設有貫穿其上下端面的中心穿孔，中心穿孔與石墨套管大小形狀匹配，所述石墨套管穿過該中心穿孔；所述蓋板設有貫穿其上下端面的多個透氣孔。所述蓋板構成正方體形狀，所述蓋板上端面的中心區域構成有一塊方塊區域，所述多個透氣孔的上端開口位於蓋板上端面的方塊區域外，多個透氣孔的上下開口均對稱分布在蓋板上。其中，多個透氣孔的上下開口均對稱分布在蓋板上，即多個透氣孔均勻分布在蓋板上。多個透氣孔均勻分布在蓋板上具體為蓋板相對兩側的透氣孔對稱分布。所述蓋板上端面的方塊區域面積為蓋板上端面面積的1/2。本實用新型中蓋板中心穿孔周圍要保留一定距離沒有設置透氣孔，其目的是保證保護氣體能夠充滿整個熔體矽的上方。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果(1)本實用新型的蓋板設有貫穿其上下端面的多個透氣孔，本實用新型在應用時通過透氣孔的作用能有效地改善鑄錠爐內氣體的流動，避免了熔體矽上方渦流的形成，能夠將有害氣體迅速排出石英坩堝，降低了含碳含氧氣體與矽熔體接觸的時間，從而降低了鑄錠中碳和氧的含量。(2)本實用新型通過在蓋板上設置透氣孔，便於加熱器的熱量排放至石英坩堝內，這就增加了加熱效率，如此縮短矽料熔化的時間，降低能耗。(3)本實用新型的蓋板是現胡鑄錠爐的蓋板上進行的改進，不需要增加設備，工藝成本較低，產能較大，具有非常好的產業前景。
圖I為本實用新型實施例的結構示意圖； 圖2為本實用新型實施例中蓋板的結構示意圖。附圖中附圖標記所對應的名稱為1、爐體，2、隔熱籠，3、加熱器，4、石墨套管，5、蓋板，6、石墨護板，7、石英坩堝，8、熔體矽，9、隔熱底板，10、支柱，11、透氣孔。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。實施例如圖I所示，用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，包括爐體I、隔熱籠2、加熱器3及石英坩堝7，其中，隔熱籠2設置在爐體I內，加熱器3和石英坩堝7均設置在隔熱籠2內，石英坩堝7上端開口，加熱器3設置在石英坩堝7上方。在製備矽錠時，矽原料及其熔化產生的熔體矽8位於石英坩堝7內。石英坩堝7的底部連接有隔熱底板9，其側壁連接有石墨護板6，由於石英坩堝7裝料時，矽原料的堆積高度會高於石英坩堝7的平口表面，為了不影響裝料工藝，石墨護板6的高度較石英坩堝7的高度高一些。石英坩堝7由穿過隔熱籠2且與爐體I內壁連接的支柱10進行支承。加熱器3與石英坩堝7之間設置有蓋板5，蓋板5的材料即可用單一的碳碳複合材料，也可多層複合板製成，蓋板5將拼接的石墨護板6的口部蓋住。爐體I連接有穿過爐體I、隔熱籠2及蓋板5的石墨套管4，石墨套管4的下端開口位於蓋板5與石英坩堝7之間，石墨套管4的上端開口位於爐體I外且外接惰性氣體輸入設備。為了便於石墨套管4與蓋板5連接，蓋板5的中央部位設有貫穿其上下端面的中心穿孔，中心穿孔與石墨套管4大小形狀匹配，石墨套管4穿過該中心穿孔。蓋板5設有貫穿其上下端面的多個透氣孔11，透氣孔11可採用幾個大的開孔或多個小的開孔，作為優選，本實施例中透氣孔11採用多個小的圓形通孔。蓋板5構成正方體形狀，蓋板5上端面的中心區域構成有一塊方塊區域，作為優選，蓋板5上端面的方塊區域面積為蓋板5上端面面積的1/2。多個透氣孔11的上端開口位於蓋板5上端面的方塊區域外，多個透氣孔11的上下開口均對稱分布在蓋板5上。[0018] 如上所述，則能很好的實現本實用新型。
權利要求1.用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，包括爐體(I)、設置在爐體(I)內的隔熱籠(2)、以及設置在隔熱籠(2)內的加熱器(3)和石英坩堝(7)，所述石英坩堝(7)上端開口，加熱器(3)設置在石英坩堝(7)上方，加熱器(3)與石英坩堝(7)之間設置有蓋板(5)，爐體(I)連接有穿過爐體(I)、隔熱籠(2)及蓋板(5)的石墨套管(4)，所述石墨套管(4)的下端開口位於蓋板(5)與石英坩堝(7)之間，其特徵在於所述蓋板(5)的中央部位設有貫穿其上下端面的中心穿孔，中心穿孔與石墨套管(4)大小形狀匹配，所述石墨套管(4)穿過該中心穿孔；所述蓋板(5)設有貫穿其上下端面的多個透氣孔(11)。
2.根據權利要求I所述的用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，其特徵在於所述蓋板(5)構成正方體形狀，所述蓋板(5)上端面的中心區域構成有一塊方塊區域，所述多個透氣孔(11)的上端開口位於蓋板(5)上端面的方塊區域外，多個透氣孔(11)的上下開口均對稱分布在蓋板(5)上。
3.根據權利要求2所述的用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，其特徵在於所述蓋板(5)上端面的方塊區域面積為蓋板(5)上端面面積的1/2。
專利摘要本實用新型公開了用於製備低碳低氧矽錠的鑄錠爐，包括爐體、設置在爐體內的隔熱籠、以及設置在隔熱籠內的加熱器和石英坩堝，其中，石英坩堝上端開口，加熱器設置在石英坩堝上方，加熱器與石英坩堝之間設置有蓋板。爐體連接有穿過爐體、隔熱籠及蓋板的石墨套管，石墨套管的下端開口位於蓋板與石英坩堝之間，蓋板的中央部位設有貫穿其上下端面的中心穿孔，中心穿孔與石墨套管大小形狀匹配，石墨套管穿過該中心穿孔，蓋板設有貫穿其上下端面的多個透氣孔。本實用新型採用上述結構，整體結構簡單，便於實現，且本實用新型在應用時能避免熔體矽上方產生渦流，從而降低了鑄錠中碳和氧的含量。
文檔編號C30B11/00GK202576648SQ20122026398
公開日2012年12月5日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者羅大偉, 王臨水, 路忠林, 林洪峰, 張鳳鳴 申請人:天威新能源控股有限公司, 保定天威集團有限公司