專利名稱：一種多晶爐熱場的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多晶爐熱場，屬太陽能多晶硅晶體的定向生長熱場結(jié)構(gòu)技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅(Si)是一種半導(dǎo)體元素，太陽能硅電池片就是利用這一特性，在硅表面形成光 伏特效應(yīng)，產(chǎn)生電能。為制備太陽能電池片，需要將多晶硅原料重熔后定向凝固，然后切片 做成電池片組件。為實現(xiàn)多晶硅的定向長晶凝固過程，需要一個能穩(wěn)定長晶的熱場，構(gòu)成 多晶硅長晶熱場的主要部件是保溫隔熱籠體、以及置于其內(nèi)部的加熱器、熱交換臺，根據(jù)需 要，還可以有通水冷卻塊。保溫隔熱籠體是一個四方六面體，主要是保證熱場溫度能維持起 來，根據(jù)技術(shù)設(shè)計，可以將底板、頂板、四側(cè)板分開做成部件，以實現(xiàn)運動需要；加熱器主要 是提供熱場升溫所需要的熱能；熱交換臺作為多晶硅原料的工作平臺，起散熱作用；通水 冷卻塊因其內(nèi)部通有水冷卻劑，在個別技術(shù)方案中是作為強制冷卻作用而存在的。為描述 方便，可以將現(xiàn)有的多晶硅定向長晶熱場技術(shù)分為側(cè)板提拉法，隔板抽拉法等。側(cè)板提拉法主要是將構(gòu)成熱場的保溫隔熱籠體的四側(cè)板設(shè)計為一個運動部件，側(cè) 板往下運動可以將多晶硅重熔長晶的熱場封閉起來，通電使熱場里的加熱器升溫，以加熱 熔化多晶硅原料；側(cè)板部件往上提升，則打開熱場腔室，暴露出熱交換臺，形成熱場垂直溫 度梯度，通過一定的工藝步驟，實現(xiàn)定向長晶過程。隔板抽拉法是將構(gòu)成熱場的保溫隔熱籠 體的中間設(shè)置一組保溫隔熱隔板，將熱場底部的通水冷卻塊與熱交換臺隔開，當多晶硅原 料完全熔化后，按一定工藝步驟抽去中間的隔熱隔板，使通水冷卻塊與熱交換臺發(fā)生熱交 換，形成熱場垂直溫度梯度，實現(xiàn)定向長晶過程。上述的兩種方法，雖然都能達到晶體定向 生長的目的，但都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗偏高，熱沖擊大，長晶緩慢，晶體生長質(zhì)量差等問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，定向長晶效果好的一種多晶 爐熱場結(jié)構(gòu)。本實用新型為一種多晶爐熱場，包括保溫隔熱籠體，置于保溫隔熱籠體內(nèi)的加熱 器和熱交換臺，保溫隔熱籠體的底部還設(shè)有可上下垂直運動的保溫隔熱底板，保溫隔熱籠 體和保溫隔熱底板形成一個腔室。所述的保溫隔熱籠體底部可與保溫隔熱底板的表面直接 連接。所述的保溫隔熱籠體底部可為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板兩端錯位連接。本實用新型經(jīng)多次計算機模擬與反復(fù)試驗比較，通過保溫隔熱籠體底部保溫隔熱 底板的升降式結(jié)構(gòu)設(shè)置，來獲得多晶硅定向長晶所需要的工藝手段，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有 以下突出優(yōu)點和積極效果1、結(jié)構(gòu)簡單，升降式的保溫隔熱底板重量輕，運動方式單一，與 熱場外部其他結(jié)構(gòu)部件非常容易整合；而且保溫隔熱底板與保溫隔熱籠體的交接面少，減 少了運動時因相互之間摩擦產(chǎn)生的粉塵對高純多晶硅原料的污染；2、通過計算機模擬和實 際測試，熱場垂直溫度梯度更為理想，結(jié)晶趨勢朝理想化發(fā)展，排雜效果好；3、熱沖擊小，硅液結(jié)晶時內(nèi)應(yīng)力小，結(jié)晶位錯率低。保溫隔熱籠體底部保溫隔熱底板向下運動時，不會造成 熱場腔室內(nèi)溫度的急劇下降，且由于通過計算機模擬優(yōu)化，使得晶體生長界面水平高度基 本一致，結(jié)晶應(yīng)力小，位錯可能性低；4、能耗低，在加熱器兩端設(shè)置保溫隔熱隔板，把腔室分 隔成上下兩部分，在保溫隔熱底板向下運動后，能進一步阻擋腔室上半部對外散熱，從而減 少加熱器的加熱功率，降低電能消耗。實際檢測，結(jié)晶功率相比可降低20%之多；5、本實用 新型使熱場結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計更趨合理簡單，使得加熱(加熱器功率)與散熱(底板下降量) 位于不同的區(qū)域，兩個量值相互干擾性降低，在控制上更容易實現(xiàn)兩個量值的動態(tài)調(diào)整，從 而最大化實現(xiàn)長晶速度。

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為圖1所示B處L型保溫隔熱籠體底部的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1所示B處L型保溫隔熱底板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的工作原理圖。
具體實施方式
本實用新型主要由保溫隔熱籠體1，置于保溫隔熱籠體1內(nèi)的加熱器6和熱交換 臺5，置于保溫隔熱籠體1底部可上下垂直運動的帶支撐導(dǎo)桿4的保溫隔熱底板2，置于保 溫隔熱籠體1的側(cè)面與熱交換臺5之間的保溫隔熱隔板7等構(gòu)成；保溫隔熱籠體1和保溫 隔熱底板2形成一個腔室3，加熱器6和保溫隔熱底板2分別由外設(shè)的控制器8控制；保溫 隔熱籠體1與保溫隔熱底板2的連接方式有保溫隔熱籠體1底部與保溫隔熱底板2的表面 直接連接、保溫隔熱籠體1底部為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板2兩端錯位連接、保溫隔熱底 板2兩端為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱籠體1底部錯位連接等，如附圖1、2、3所示。以下結(jié)合多晶硅定向長晶的工藝流程對本實用新型作進一步描述1、將多晶硅原料9裝滿坩堝10，擱放在熱交換臺5上；2、操作控制器8，升起保溫隔熱底板2，封閉腔室3 ；3、按現(xiàn)有多晶硅的常規(guī)生產(chǎn)工藝將腔室3抽真空；4、當達到常規(guī)工藝設(shè)定的真空度時，通電啟動加熱器6，對多晶硅原料進行加熱。 由于腔室3的保溫隔熱效果，按常規(guī)生產(chǎn)工藝約十多小時，即可將數(shù)百公斤多晶硅原料完 全熔化；5、按常規(guī)工藝繼續(xù)保溫一段時間，讓多晶硅原料中的雜質(zhì)充分熔化、揮發(fā)或氣 化；6、改變控制模式，逐步、緩慢下降保溫隔熱底板2，此時，在腔室3下半部的熱交換 臺5暴露出來，大量的熱經(jīng)由熱交換臺5下部按附圖4所示空心箭頭方向向外輻射散發(fā)，此 時，坩堝10與熱交換臺5必然也發(fā)生熱交換，從而使坩堝10底部的硅液溫度降低發(fā)生結(jié)晶 現(xiàn)象。同時，在保溫隔熱底板2打開后，腔室3中的保溫隔熱隔板7使腔室3上部依然圍成 一個高溫區(qū)，在加熱器6的作用下，可維持工藝需要的溫度，下部由于散熱作用，形成一個 低溫區(qū)，這樣，在整個工藝過程中，通過加熱器6的加熱作用以及保溫隔熱底板2位置的雙 重調(diào)節(jié)作用，在硅的整個結(jié)晶面以下形成一個平坦的向下有一定溫度梯度溫度曲線，使得
4硅的長晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的多晶硅鑄錠。
權(quán)利要求一種多晶爐熱場，包括保溫隔熱籠體(1)，置于保溫隔熱籠體(1)內(nèi)的加熱器(6)和熱交換臺(5)，其特征在于保溫隔熱籠體(1)的底部還設(shè)有可上下垂直運動的保溫隔熱底板(2)，保溫隔熱籠體(1)和保溫隔熱底板(2)形成一個腔室(3)。
2.按權(quán)利要求1所述的一種多晶爐熱場，其特征在于所述的保溫隔熱籠體(1)底部與 保溫隔熱底板(2)的表面直接連接。
3.按權(quán)利要求1所述的一種多晶爐熱場，其特征在于所述的保溫隔熱籠體(1)底部為 L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板(2)兩端錯位連接。
專利摘要本實用新型涉及一種多晶爐熱場，屬太陽能多晶硅晶體的定向生長熱場結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。它包括保溫隔熱籠體，置于保溫隔熱籠體內(nèi)的加熱器和熱交換臺，保溫隔熱籠體的底部還設(shè)有可上下垂直運動的保溫隔熱底板，保溫隔熱籠體和保溫隔熱底板形成一個腔室。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理簡單，排雜效果好，能耗低。
文檔編號C30B28/10GK201686765SQ20102017411
公開日2010年12月29日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者王傳勇 申請人:旭寧(韶山)科技發(fā)展有限公司