一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構的製作方法

2023-05-03 11:58:06 1

專利名稱：一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及多晶矽鑄錠爐熱場結構的設計與開發領域，具體是一種投料為 450Kg級的多晶矽鑄錠爐的熱場結構。
背景技術：
能源與環境是當今世界的兩大焦點問題。傳統能源的大幅利用，使得環境問題日 趨嚴重，對人類社會的正常運行構成嚴重的威脅。有效利用清潔、環境友好的新能源是社會 歷史的必然選擇。太陽能是人類取之不盡、用之不竭、環境友好的綠色可再生能源。在太陽 能的有效利用當中，光電利用是近年來發展最快、最具活力的研究領域。其中，矽材料是光 電利用的主要載體，矽晶體的製備是光伏電池的基礎。 多晶矽鑄錠爐是一種集熔化與再結晶一體的設備，用於低成本生產太陽能級多晶
矽鑄錠。生產中，將一定配比的多晶矽料裝入石英坩堝，投入爐中，通過加熱、熔化、定向長
晶、退火、冷卻等工藝，生產出滿足要求的多晶晶錠。在這一系列工藝過程中，都要求裝料的
石英坩堝處於上千攝氏度的高溫環境中，為了減少熱量損失、降低能耗及提供合理的溫度
分布，我們必需要通過保溫材料和支撐部件構建一個合理的高溫環境。這種包含保溫材料
和支撐部件的整體稱之為熱場。合理的熱場結構不僅可以降低多晶晶錠的生產能耗，也能
夠提供合理的熱場分布，即合理的溫度梯度，以生產出高品質的多晶矽晶體。 結晶界面的形狀是影響多晶矽晶體品質的主要因素之一，平坦的長晶界面不僅可
以得到有效直徑較大的柱狀晶，也可以減少晶界、降低晶體中的位錯密度，從而提高電池片
的性能。而現有的多晶矽鑄錠爐由於結構設計上的缺陷，在長晶過程中，其結晶界面難以達
到上述要求。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種設計合理，能有效提高多晶矽晶錠品 質的多晶矽鑄錠爐的熱場結構。 本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種多晶矽鑄錠爐的熱場結 構，包括上爐體和下爐體，上爐體內設置有帶吊杆的隔熱籠和上保溫板，下爐體內設置有由 支柱支撐的下保溫板，同時支柱並支撐隔熱籠內的工作檯，工作檯上放置坩堝，坩堝上設 置有蓋板，蓋板上方具有連接於上保溫板上的頂加熱器，坩堝周圍具有連接於上保溫板上 的側加熱器，工作檯與隔熱籠之間間隔均勻設置有熱場分割條，與隔熱籠的距離為0. 5 lcm，熱場分割條通過連接板固定於上保溫板上。 所述的工作檯四周設置有保溫條，以減少工作檯四周的散熱，維持水平的溫度梯度。 所述的坩堝具有緊貼的內外兩層，內層為石英坩堝，外層為石墨坩堝，可持續維持
高溫環境，減少熱量散失。 所述的下爐體內底部設置有保護氈。[0010] 本實用新型的有益效果是設計合理，隔熱籠能夠有效維持內部的高溫環境，減少 熱量散失；熱場分割條的設置使得熱場分為上部高溫區和下部低溫區，有效減少了高溫區 的體積，降低了能耗；結合工作檯四周保溫條的設置，使得隔熱籠內能夠保持一個均勻穩定 且垂直的溫度梯度；通過仿真分析，整個長晶過程均可以維持較為平坦的結晶界面，且能耗 可降低近20%。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型整體結構剖視圖； 圖2是本實用新型使用狀態時的結構剖視圖。 其中1.吊杆，2.上爐體，3.隔熱籠，4.石英坩堝，5.熱場分割條，6.下爐體，7.保 護氈，8.支柱，9.下保溫板，IO.工作檯，ll.保溫條，12.矽料，13.側加熱器，14.連接板， 15.石墨坩堝，17.蓋板，IS.上保溫板，19.頂加熱器。
具體實施方式如
圖1、2所示，一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構，包括上爐體2和下爐體6，上爐體2 內設置有帶吊杆1的隔熱籠3和上保溫板18，下爐體6內設置有由支柱8支撐的下保溫板 9，同時支柱8並支撐隔熱籠3內的工作檯IO，工作檯IO上放置坩堝，坩堝具有緊貼的內外 兩層，內層為石英坩堝4，外層為石墨坩堝15，坩堝上設置有蓋板17，蓋板17上方具有連接 於上保溫板18上的頂加熱器19，坩堝周圍具有連接於上保溫板18上的側加熱器13，工作 臺10與隔熱籠3之間間隔均勻設置有熱場分割條5，熱場分割條5通過連接板14固定於上 保溫板18上，工作檯10四周設置有保溫條11，下爐體6內底部設置有保護氈7。 下面結合多晶矽的生產工藝對本實用新型作進一步介紹 石英坩堝4裝滿矽料12後，放置於工作檯10之上，下爐體6升起與上爐體2完全 閉合。隔熱籠3下降與下保溫板9閉合。將爐腔內抽真空，達到工藝要求的真空度時，側加 熱器13和頂加熱器19開始工作，由於隔熱籠3的保溫作用，可以將隔熱籠3內的溫度升高 到1400多攝氏度的高溫，使得幾百公斤的矽料12的在十多個小時即可完全熔化。按照工 藝要求，保溫一定時間，使得矽料12中的雜質充分揮發，成分趨於均勻。進入長晶工藝階段 後，按照工藝設定緩緩升起隔熱籠3。由於隔熱籠3保溫材料的作用，隔熱籠3內部和外部 有很大的溫差，升起隔熱籠3後，工作檯10的底部與下爐體6在輻射換熱的作用下迅速降 溫，使得石英坩堝4的底部因溫度降低而首先結晶。同時，由於石墨坩堝15四周熱場分割條 5的布置，使得隔熱籠3上部空間，在側加熱器13和頂加熱器19的加熱作用下，仍然以較低 的功耗維持一個工藝要求所需要的高溫環境。同時，工作檯IO下部的空間，由於散熱作用， 溫度較低，這樣，通過控制加熱和隔熱籠3的提升幅度，使得矽的結晶界面形成一個垂直的 溫度梯度場，維持較為平坦的結晶界面，生產出高品質的多晶矽錠。
權利要求一種多晶矽鋳錠爐的熱場結構，包括上爐體(2)和下爐體(6)，上爐體(2)內設置有帶吊杆(1)的隔熱籠(3)和上保溫板(18)，下爐體(6)內設置有由支柱(8)支撐的下保溫板(9)，同時支柱(8)並支撐隔熱籠(3)內的工作檯(10)，工作檯(10)上放置坩堝，其特徵是坩堝上設置有蓋板(17)，蓋板(17)上方具有連接於上保溫板(18)上的頂加熱器(19)，坩堝周圍具有連接於上保溫板(18)上的側加熱器(13)，工作檯(10)與隔熱籠(3)之間間隔均勻設置有熱場分割條(5)，熱場分割條(5)通過連接板(14)固定於上保溫板(18)上。
2. 根據權利要求1所述的一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構，其特徵是所述的工作檯(10)四周設置有保溫條(11)。
3. 根據權利要求1所述的一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構，其特徵是所述的坩堝具有緊貼的內外兩層，內層為石英坩堝(4)，外層為石墨坩堝(15)。
4. 根據權利要求l所述的一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構，其特徵是所述的下爐體(6)內底部設置有保護氈(7)。
專利摘要本實用新型涉及一種多晶矽鑄錠爐的熱場結構。它包括上爐體和下爐體，上爐體內設有帶吊杆的隔熱籠和上保溫板，下爐體內設有由支柱支撐的下保溫板，同時支柱並支撐隔熱籠內的工作檯，工作檯上放置坩堝，坩堝上設置有蓋板，蓋板上方具有連接於上保溫板上的頂加熱器，坩堝周圍具有連接於上保溫板上的側加熱器，工作檯與隔熱籠之間間隔均勻設有熱場分割條，熱場分割條通過連接板固定於上保溫板上。隔熱籠能夠有效維持內部的高溫環境，減少熱量散失；熱場分割條的設置使得熱場分為上部高溫區和下部低溫區，有效減少了高溫區的體積，能耗可降低近20％；結合工作檯四周保溫條的設置，使得隔熱籠內保持均勻穩定且垂直的溫度梯度。
文檔編號C01B33/037GK201506708SQ200920049520
公開日2010年6月16日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者張志強, 袁為進, 陳雪, 黃強, 黃振飛 申請人:常州天合光能有限公司