用於鑄錠爐的分體式隔熱籠的製作方法

2023-12-10 08:22:27 2

專利名稱：用於鑄錠爐的分體式隔熱籠的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於鑄錠爐的隔熱籠結構設計和製造技術領域，具體涉及一種用於鑄錠爐的分體式隔熱籠。
背景技術：
太陽能光伏發電是目前發展最快的可持續能源利用的形式之一，近些年來在各國都得到了迅速的發展。目前，應用最為普遍使用的是晶體矽太陽能電池，現有的晶體矽太陽能電池主要由單晶矽片或多晶矽片製成。單晶矽太陽能電池片轉換效率高，成品質量好，但單晶矽片存在製備成本高、產量低的缺點。多晶矽生產成本較單晶矽低，生產周期短和產量大。目前多晶矽片主要是採用定向凝固法進行鑄錠的，在鑄錠過程中，原生多晶矽在高溫下先全部熔化，然後再重新形核生長為多晶矽錠，經過開方切片後得到最終的多晶矽片。這一工藝在長晶開始時，熔化的矽液在坩堝底部異質形核，形成大量的晶核，在長晶過程中，這些晶核逐漸長大，並相互合併，形成柱狀晶粒。這種前期矽料完全熔化然後長晶的工藝生產出的多晶矽晶粒小，晶界位錯多，少子壽命低，製成的太陽能電池光電轉換效率較單晶矽太陽能電池低。目前解決這一問題的方法之一是在坩堝底部鋪設單晶，在熔化的過程中通過一定的控制方法使底部的單晶不熔化，在長晶時作為籽晶，矽液在單晶矽上直接生長，從而減少多晶矽的晶界和位錯，生產出接近單晶矽的準單晶矽。目前鑄造單晶矽控制籽晶熔化程度的措施主要有在熔化階段打開隔熱籠散熱或在熱交換塊下方通入冷卻水(氣)，但這種方法使用的是一體式隔熱籠，在長晶過程中隔熱籠打開時整體熱量散失較多，能耗高，且矽液內部的溫度梯度不大，籽晶的熔化程度難以控制。

實用新型內容本實用新型針對上述問題，對原有的一體式的側隔熱籠進行了改進，提供了一種用於鑄錠爐的分體式隔熱籠，其可以降低生產的能耗，提高可操作性和降低工藝難度。本實用新型通過下列技術方案解決上述問題提供一種用於鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特徵在於該分體式隔熱籠由上側隔熱籠和下側隔熱籠組成，且上側隔熱籠和下側隔熱籠的底端四周設有向內突出的環形擋塊。根據本實用新型的一種優選實施方式，該環形擋塊為L形。根據本實用新型的一種優選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，所述的上側隔熱籠由吊杆固定在上爐體上，下側隔熱籠由提升連杆連接，可以上下運動。當下側隔熱籠閉合時，下側隔熱籠的頂端不低於上側隔熱籠的環形擋塊上表面。根據本實用新型的一種優選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，頂加熱器和側加熱器位於上側隔熱籠內，頂加熱器和側加熱器與上側隔熱籠之間存在間隙(即不接觸)。根據本實用新型的一種優選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，熱交換塊由支柱固定於下側隔熱籠內，並低於上側隔熱籠底端的環形擋塊。[0010]根據本實用新型的一種優選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，上側隔熱籠上部設有頂隔熱板，下側隔熱籠底部設有內與其閉合的固定的底隔熱板，底隔熱板上設有能與下側隔熱籠底端環形擋塊密封接觸的凹槽。凹槽位於底隔熱板的邊緣，可與下側隔熱籠底端環形擋塊密封接觸。當隔熱籠閉合時，環形擋塊頂端與底隔熱板頂面位於一個平面，可與底部隔熱板更好的閉合，減少熱量損失。根據本實用新型的一種優選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，隔熱籠是由起支撐作用的鋼架和起保溫作用的碳氈組成，突出的環形隔熱擋塊所用材料的與隔熱籠主體部分的材料一致。本實用新型中，側隔熱籠分為固定和活動的上下兩部分，並由上側隔熱籠底端的環形擋塊將熱腔室分隔為上下兩部分，上下兩個腔室為兩個相對獨立的部分。由於上腔室底部環形的隔熱擋塊的阻擋效應，上腔室加熱器產生的熱量無法直接輻射到下腔室，使得下腔室的升溫速率低，這樣在坩堝內部的溫度梯度較大，可以保證坩堝底部的單晶籽晶在熔化階段不上浮熔化。由於隔熱籠被分為上下兩部分，在下腔室打開時，上隔熱籠相對封閉，上腔室的熱量散失減少，因此能耗降低。在整個生產工藝中上側隔熱籠固定不動，只有下側隔熱籠運動，可以有效的節省爐體空間，降低整個爐體的高度。

圖1是本新型實用的分體式隔熱籠的結構示意圖。圖2是本實用新型的分體式隔熱籠的工作狀態示意圖。圖3是本實用新型的分體式隔熱籠的上側隔熱籠3和下側隔熱籠4的環形擋塊， 以及下隔熱板11的凹槽的局部放大示意圖。圖中的標記為1為上爐體、2為頂部隔熱板、3為上側隔熱籠、4為下側隔熱籠、5 為吊杆、6為提升連杆、7為頂加熱器、8為側加熱器、9為下爐體、10為支柱、11為下隔熱板、 12為熱交換塊、13為坩堝、14為氬氣輸入管、3'為上側隔熱籠3的環形擋塊，4'為下側隔熱籠4的環形擋塊，11'為隔熱板11的凹槽。
具體實施方式
以下是本實用新型的具體實施方式
，對本實用新型的技術方案作進一步描述，但本實用新型並不限於這些實施方式。參見附圖1所示的單晶鑄錠爐，包括上爐體1，頂部隔熱板2，上側隔熱籠3和下側隔熱籠4，上下側隔熱籠底部都有L形環形擋塊3'、4'，環形擋塊的材料與側隔熱籠的材料相同。上側隔熱籠3和頂部隔熱板2由吊杆5懸掛在爐體1上並固定不動，下側隔熱籠 4由提升連杆6控制升降，上側隔熱籠3內安裝側加熱器8和頂加熱器7，加熱器與上側隔熱籠之間存在間距。在下爐體9中，由支柱10支撐底隔熱板11和熱交換塊12。底隔熱板 11四周有凹槽11'，在加熱時，底隔熱板11可以與下側隔熱籠4閉合。閉合時，下側隔熱籠4的頂端不低於上側隔熱籠3的環形擋塊上表面。熱交換塊12上放置坩堝13，坩堝13 內承裝單晶籽晶和多晶矽料。熱交換塊12位於下側隔熱籠4內，並低於上側隔熱籠3的環形擋塊。單晶鑄錠爐的工作流程是將單晶籽晶鋪設在坩堝的底部，再在單晶籽晶上按照配比裝入多晶矽料。將裝滿原料的坩堝放置在熱交換塊12上，閉合爐體，下側隔熱籠4下降與底隔熱板11閉合。加熱矽料，同時氬氣經氬氣輸入管14通入腔體內，直至坩堝上部的矽料完全熔化，由於上側隔熱籠底部環形擋塊阻擋了加熱器的熱量向坩堝底部的輻射，坩堝底部的溫度要比正常工藝低20-50°C，可以使底部的單晶籽晶在較長的時間不熔化上浮。 在長晶時，按照工藝緩慢的向上提升下側隔熱籠4，使熱交換塊下部的空間可以與爐壁進行熱量交換，同時降低加熱器的溫度，以產生一個垂直的溫度梯度，實現矽溶液的定向凝固。 採用本實用新型中的分體式隔熱籠結構，在長晶時對邊角進行保溫，從而減緩長晶時邊角散失的熱量，改善熱場內溫度梯度分布，拉平長晶界線獲得更垂直的溫度梯度，縮短矽晶體中心長晶結束和邊角長晶結束所用時間差距，同時可以改善晶向，降低能耗。
權利要求1.用於鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特徵在於該分體式隔熱籠由上側隔熱籠C3)和下側隔熱籠(4)組成，且上側隔熱籠C3)和下側隔熱籠的底端四周設有向內突出的環形擋塊(3'、4')。
2.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於所述環形擋塊(3'、4')為L形。
3.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於所述的上側隔熱籠(3)由吊杆 (5)固定在上爐體(1)上，下側隔熱籠由提升連杆(6)可上下運動地連接。
4.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於上側隔熱籠(3)內設置有頂加熱器(7)和側加熱器(8)，上側隔熱籠(3)和頂加熱器(7)及側加熱器⑶之間存在間隙。
5.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於熱交換塊(1 由支柱(10)固定於下側隔熱籠內，並低於上側隔熱籠(3)底端的環形擋塊。
6.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於所述的上側隔熱籠(3)上部設有頂部隔熱板O)，下側隔熱籠(4)底部設有能與其閉合的固定的底隔熱板(11)，底隔熱板 (11)上設置有能與下側隔熱籠(4)底端環形擋塊密封接觸的凹槽(11')，且閉合時環形擋塊底端與底隔熱板(11)頂面位於一個平面。
7.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於當下側隔熱籠閉合時，下側隔熱籠(4)頂端不低於上側隔熱籠(3)的環形擋塊上表面。
8.根據權利要求1所述的分體式隔熱籠，其特徵在於上側隔熱籠(3)和下側隔熱籠 (4)以及環形擋塊由起支撐作用的鋼架和起保溫作用的碳氈組成。
專利摘要本實用新型公開了一種用於鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特徵在於該分體式隔熱籠由上側隔熱籠(3)和下側隔熱籠(4)組成，且上側隔熱籠(3)和下側隔熱籠(4)的底端四周設有向內突出的環形擋塊(3′、4′)。該分體式隔熱籠解決了現有鑄錠爐在熔化過程中，單晶籽晶上浮熔化的問題，可在鑄錠爐內生產出質量優異的鑄造單晶矽。
文檔編號C30B28/06GK202164374SQ201120152409
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者楊曉琴, 武鵬, 田義良, 胡亞蘭, 陳偉 申請人:江蘇協鑫矽材料科技發展有限公司