大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括由上保溫板、下保溫板和側(cè)保溫板圍成的隔熱籠，上保溫板上設(shè)有伸入到隔熱籠內(nèi)的進(jìn)氣管，在隔熱籠內(nèi)下部設(shè)有定向凝固塊，定向凝固塊的下部設(shè)有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝固塊上設(shè)有石墨坩堝，石墨坩堝內(nèi)設(shè)有石英坩堝，在石墨坩堝的周?chē)O(shè)有石墨加熱器，在石墨坩堝的底部四周與側(cè)保溫板之間設(shè)有與側(cè)保溫固定的隔溫板。本發(fā)明通過(guò)對(duì)熱場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外形及尺寸重新設(shè)計(jì)和布局，使其能鑄造大尺寸硅錠，大大的提高生產(chǎn)產(chǎn)能；同時(shí)使用專(zhuān)門(mén)的加熱裝置和進(jìn)氣裝置與鑄造大尺寸硅錠工藝相匹配，控制理想的長(zhǎng)晶固液界面，有效排雜，減少晶體缺陷，有效提高大尺寸硅錠晶體質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多晶硅生產(chǎn)設(shè)備，特別是涉及一種太陽(yáng)能光伏行業(yè)定向凝固法生 產(chǎn)大尺寸多晶硅錠用鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前光伏行業(yè)發(fā)展迅速，并且市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)，提高硅錠質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本成為 重中之重，大尺寸多晶硅錠成為目前發(fā)展趨勢(shì)，不斷提升多晶硅錠重量和節(jié)能降耗是下一 步降低成本的重要途徑。
[0003] 現(xiàn)有多晶硅鑄錠爐的熱場(chǎng)可生產(chǎn)的硅錠主要有：重量為450kg的硅錠，可開(kāi)方 二十五塊硅塊的硅錠，即G5硅錠；通過(guò)縱向生長(zhǎng)而成的硅錠。以上鑄錠重量小，出材率低， 單位耗能高，成本高。
[0004] 多晶硅鑄錠爐是用于制造多晶硅錠的設(shè)備，它是將硅料熔融后通過(guò)定向凝固冷凝 結(jié)晶，使其形成晶相一致的硅錠，從而達(dá)到太陽(yáng)能電池生產(chǎn)對(duì)硅片品質(zhì)的要求，其中長(zhǎng)晶界 面形狀是影響大尺寸多晶硅錠晶體質(zhì)量的主要原因之一，平坦或微凸的長(zhǎng)晶界面可以得到 有效的柱狀晶，減少晶界，降低晶體中的位錯(cuò)和雜質(zhì)。
[0005] 多晶鑄錠過(guò)程中首先將選好的籽晶鋪到坩堝底部，再將多晶硅原料放入石英坩堝 底部，然后加熱、熔化、長(zhǎng)晶、退火、冷卻等定向凝固法生產(chǎn)多晶硅錠。常規(guī)多晶硅鑄錠熱場(chǎng)， 溫度分布不適合，質(zhì)量提升不明顯。
[0006] 現(xiàn)有多晶鑄錠爐設(shè)有頂部，底部加熱器，特別是G5多晶鑄錠爐，裝料量較小，其熱 場(chǎng)結(jié)構(gòu)不利于大尺寸硅錠的生長(zhǎng)，長(zhǎng)晶過(guò)程的固液界面也凸凹明顯，不利于長(zhǎng)晶過(guò)程中的 排雜，對(duì)晶體的整體質(zhì)量有較大的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理，與鑄造 大尺寸硅錠工藝相匹配的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是一種大尺 寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：包括由上保溫板、下保溫板和側(cè)保溫板圍成的 隔熱籠，上保溫板上設(shè)有伸入到隔熱籠內(nèi)的進(jìn)氣管，在隔熱籠內(nèi)下部設(shè)有定向凝固塊，定向 凝固塊的下部設(shè)有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝固塊上設(shè)有石墨坩堝， 石墨謝禍內(nèi)設(shè)有石英謝禍，在石墨謝禍的周?chē)O(shè)有石墨加熱器，在石墨謝禍的底部四周與 側(cè)保溫板之間設(shè)有與側(cè)保溫固定的隔溫板。
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的石墨加熱器為片狀石墨加熱器。 [0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的石墨加熱器包括設(shè)在石墨坩堝上方 的若干片上石墨加熱器，設(shè)在石墨謝禍四周的若干片側(cè)石墨加熱器和設(shè)在石墨謝禍下方的 若干片下石墨加熱器；上石墨加熱器距上保溫板下表面的距離為l〇-l〇〇mm，下石墨加熱器 距定向凝固塊的距離為1〇-1〇〇臟，側(cè)石墨加熱器距側(cè)保溫板距離為20-250mm、距上石墨加 熱器的距離為50-250mm。 toon] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的上石墨加熱器和側(cè)石墨加熱器均通 過(guò)懸臂吊裝在上保溫板上，所述的下石墨加熱器通過(guò)懸臂吊裝在側(cè)保溫板上。
[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的上石墨加熱器設(shè)有8 - 12片，每片上 石墨加熱器的長(zhǎng)度均為1100 - 1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5_20mm。
[0013] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的下石墨加熱器設(shè)有6 - 8片，每片下 石墨加熱器的長(zhǎng)度為ll〇〇_1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5_20mm。
[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：在石墨坩堝的一側(cè)設(shè)有1 一 5片側(cè)石墨加熱 器，每片的長(zhǎng)度為ll〇〇-1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5-20mm。
[0015] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述的側(cè)石墨加熱器為矩形、U形、S形或蛇 形。
[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：石墨坩堝由石墨側(cè)板和石墨底板構(gòu)成。
[0017] 本發(fā)明的隔熱籠的尺寸可以做得很大，擴(kuò)大了熱場(chǎng)內(nèi)部尺寸，同時(shí)增加了側(cè)部片 狀加熱器，將現(xiàn)有技術(shù)中的頂部、底部加熱器由圓柱形改進(jìn)成片狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)由原來(lái)的 四周單側(cè)分散進(jìn)氣變?yōu)轫敳考羞M(jìn)氣，此種熱場(chǎng)可以控制較為理想的長(zhǎng)晶固液界面，有利 于排雜。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)對(duì)熱場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，外形及尺寸重新設(shè)計(jì)和布局，使其 能鑄造大尺寸硅錠，大大的提高生產(chǎn)產(chǎn)能；同時(shí)使用專(zhuān)門(mén)的加熱裝置和進(jìn)氣裝置與鑄造大 尺寸娃淀工藝相匹配，控制理想的長(zhǎng)晶固液界面，有效排雜，減少晶體缺陷，有效提1?大尺 寸娃錠晶體質(zhì)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 參照附圖1，一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，包括由上保溫板1、下保 溫板11和側(cè)保溫板12圍成的隔熱籠，隔熱籠大小根據(jù)坩堝尺寸設(shè)計(jì)。可以做成大尺寸結(jié) 構(gòu)，這樣就可以擴(kuò)大了熱場(chǎng)尺寸，可以使用大型坩堝裝料，使其增加多晶硅料重量。大尺寸 隔熱籠的側(cè)保溫板12內(nèi)壁尺寸為1340mm。
[0021] 上保溫板1上設(shè)有伸入到隔熱籠內(nèi)的進(jìn)氣管10,上進(jìn)氣方式可以改善爐內(nèi)氣體循 環(huán)，有利于排雜，提商晶體質(zhì)量。
[0022] 在隔熱籠內(nèi)下部設(shè)有定向凝固塊7,定向凝固塊7用于支撐坩堝，同時(shí)結(jié)晶時(shí)用于 熱交換、可以輔助導(dǎo)熱凝固用。定向凝固塊7的下部設(shè)有若干根支撐定向凝固塊7的石墨 支撐柱8,石墨支撐柱8穿過(guò)下保溫板11與爐體的底部相固定。在定向凝固塊7上設(shè)有石 墨坩堝6,石墨坩堝6由石墨側(cè)板和石墨底板構(gòu)成，石墨坩堝6內(nèi)設(shè)有石英坩堝5,在石墨坩 禍6的周?chē)O(shè)有片狀石墨加熱器，在石墨?甘禍6的底部四周與側(cè)保溫板12之間設(shè)有與側(cè)保 溫固定的隔溫板9,隔開(kāi)上下溫區(qū)，使上下溫區(qū)溫度均勻。
[0023] 所述的石墨加熱器包括設(shè)在石墨坩堝6上方的8片上石墨加熱器2,分別設(shè)在石墨 ?甘禍6四周的4片側(cè)石墨加熱器3和設(shè)在石墨?甘禍6下方的6片下石墨加熱器4 ;上石墨 加熱器2距上保溫板1下表面的距離為50臟，每片上石墨加熱器2的長(zhǎng)度均為1200臟，寬 度為40mm，厚度為12mm。下石墨加熱器4距定向凝固塊7的距離為50mm，每片下石墨加熱 器4的長(zhǎng)度為1200mm，寬度為40mm，厚度為12mm。使用上石墨加熱器2和下石墨加熱器4 可以使加熱范圍覆蓋廣，溫度更加均勻。
[0024] 每片側(cè)石墨加熱器3均為矩形，長(zhǎng)度為1200mm，寬度為120mm，厚度為12mm。其距 側(cè)保溫板12距離為60mm、距上石墨加熱器2的距離為180mm。使用側(cè)石墨加熱器3,晶體熔 化時(shí)可以提高坩堝四周溫度，改善固液界面，從凹變?yōu)樗交蛭⑼梗欣陔s質(zhì)排雜，提高 晶體質(zhì)量。
[0025] 上石墨加熱器2和側(cè)石墨加熱器3總功率為110KW，分配比例為1?6:1。
[0026] 所述的上石墨加熱器2和側(cè)石墨加熱器3均通過(guò)懸臂吊裝在上保溫板1上，所述 的下石墨加熱器4通過(guò)懸臂吊裝在側(cè)保溫板12上。石墨加熱器為等靜壓石墨，固定石墨加 熱器的懸臂和緊固螺栓為C/C或石墨。當(dāng)需要放石英坩堝5和石墨坩堝6時(shí)，上保溫板1 隨著爐蓋一起提起時(shí)，上石墨加熱器2和側(cè)石墨加熱器3也隨著上保溫板1 一起提起，即可 將放置石英坩堝5和石墨坩堝6。
【權(quán)利要求】
1. 一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括由上保溫板、下保溫 板和側(cè)保溫板圍成的隔熱籠，上保溫板上設(shè)有伸入到隔熱籠內(nèi)的進(jìn)氣管，在隔熱籠內(nèi)下部 設(shè)有定向凝固塊，定向凝固塊的下部設(shè)有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝 固塊上設(shè)有石墨謝禍，石墨謝禍內(nèi)設(shè)有石英謝禍，在石墨謝禍的周?chē)O(shè)有石墨加熱器，在石 墨坩堝的底部四周與側(cè)保溫板之間設(shè)有與側(cè)保溫固定的隔溫板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 石墨加熱器為片狀石墨加熱器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所 述的石墨加熱器包括設(shè)在石墨謝禍上方的若干片上石墨加熱器，設(shè)在石墨謝禍四周的若干 片側(cè)石墨加熱器和設(shè)在石墨坩堝下方的若干片下石墨加熱器；上石墨加熱器距上保溫板下 表面的距離為l〇-l〇〇mm，下石墨加熱器距定向凝固塊的距離為l〇-l〇〇mm，側(cè)石墨加熱器距 側(cè)保溫板距離為20-250mm、距上石墨加熱器的距離為50-250mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 上石墨加熱器和側(cè)石墨加熱器均通過(guò)懸臂吊裝在上保溫板上，所述的下石墨加熱器通過(guò)懸 臂吊裝在側(cè)保溫板上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 的上石墨加熱器設(shè)有8 - 12片，每片上石墨加熱器的長(zhǎng)度均為1100 - 1360mm，寬度為 20_200mm，厚度為 5_20mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 下石墨加熱器設(shè)有6 - 8片，每片下石墨加熱器的長(zhǎng)度為1100-1360mm，寬度為20-200mm， 厚度為5_20mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：在石墨 坩堝的一側(cè)設(shè)有1 一 5片側(cè)石墨加熱器，每片的長(zhǎng)度為1100-1360mm，寬度為20-200mm，厚 度為 5_20mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 側(cè)石墨加熱器為矩形、U形、S形或蛇形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：石墨坩 堝由石墨側(cè)板和石墨底板構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】C30B29/06GK104195634SQ201410456107
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】唐青崗, 魏國(guó), 吳金友, 陶勇, 楊維兵 申請(qǐng)人:韓華新能源科技有限公司