本實用新型涉及坩堝領域，更具體的是涉及一種高純度多晶硅鑄錠坩堝。

背景技術：

目前晶體硅太陽能電池占據著光伏產業(yè)的主導地位。而硅片的成本占到了單/多晶體硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的質量，對于光伏行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。近年來，由于鑄造多晶硅較直拉單晶硅具有低成本、低能耗等優(yōu)勢，逐漸成為主要的光伏材料，其市場份額也日益增大。

但由于鑄錠過程中加熱器、隔熱籠以及石墨護板等大量碳材料的使用，引入大量碳雜質，高溫下，石墨部件與氧、石英坩堝等發(fā)生熱化學反應，產生的CO和SiO等氣體通過內部氣流進入硅熔體中，極易被熔硅吸收，從而引入碳氧雜質，最終導致多晶硅中有較高的碳和氧含量，常規(guī)鑄錠中硅錠氧的濃度為1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以間隙態(tài)存在呈過飽和狀態(tài)。如果氧濃度過高就容易形成熱施主或氧沉淀，成為復合中心或引入復合中心的二次缺陷，導致硅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。而高濃度的碳可在硅熔體中形成SiC顆粒，影響硅錠的有效利用率。

還有由于硅的熔點較高，精煉與鑄錠耗時較長，在高溫下硅液與坩堝之間長時間接觸不可避免將發(fā)生化學反應。由于熔融的硅熔體與坩堝在高溫環(huán)境下會發(fā)生化學反應，存在以下缺點：1對石英坩堝內壁產生侵蝕，降低了石英坩堝耐高溫的能力，2可導致氧元素及其它雜質元素溶入硅液中，使硅液受到污染，影響硅晶體的電學性能；3反應可導致硅錠與坩堝發(fā)生粘連，給脫模造成困難；4由于硅晶體與坩堝材料的熱膨脹系數不同，粘連的硅錠與坩堝之間產生應力，導致晶體缺陷的產生，甚至使硅錠及坩堝產生裂紋。

技術實現要素：

為了解決現有多晶硅鑄錠過程中碳氧含量高，熔融的硅熔體易于坩堝發(fā)生反應，造成降低硅晶體品質及損壞坩堝的問題，本實用新型提供一種高純度多晶硅鑄錠坩堝。

本實用新型為了實現上述目的具體采用以下技術方案：

一種高純度多晶硅鑄錠坩堝，包括石英坩堝本體，還包括用于保護石英坩堝本體的組合式護板機構，石英坩堝本體放置在組合式護板機構內部，組合式護板機構上方設置有護蓋，護蓋上設置有惰性氣體入口和惰性氣體出口，石英坩堝本體內壁設置有碳酸鋇涂層。

加熱時碳酸鋇涂層會分解形成氧化鋇，氧化鋇又會與石英坩堝反應形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結晶層，對石英坩堝起到保護作用，防止硅液與坩堝之間的化學反應，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強度，減少高溫軟化現象，保證了硅晶體的電學性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復使用成為可能，從而降低生產成本。

組合式護板機構的設置能夠避免生產過程中石英坩堝破裂導致硅液流出而出現爐體燒壞的危險。

惰性氣體入口和惰性氣體出口的設置可以改變氣體的流動方式，惰性氣進入石英坩堝本體后，可以得到均勻的分散，能夠有效地將鑄造過程中產生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

進一步地，組合式護板機構為圓筒狀，組合式護板機構頂部設置有環(huán)狀凸臺，護蓋下表面設置有與環(huán)狀凸臺對應的環(huán)狀定位槽，環(huán)狀定位槽和環(huán)狀凸臺的設置方便了護蓋的定位和安裝，防止護蓋錯位。

進一步地，所述的惰性氣體入口處設置有進氣管道，惰性氣體出口出設置有出氣管道，進氣管道和出氣管道的材質均為石墨管。

進一步地，所述組合式護板機構包括底板和設置在底板邊緣的側板，所述側板包括上板和下板，下板的隔熱性能強于上板。

下板的隔熱性能強于上板，使坩堝內部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產生，提高了垂直方向的熱傳遞系數，減小了側面熱傳遞系數與垂直方向熱傳遞系數的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

進一步地，所述上板材質為石墨，下板的材料為氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅，下板外表面與垂直方向的角度為5～20°。

進一步地，所述上板上設置有多個溢流孔。

進一步地，所述石英坩堝本體呈圓形結構，石英坩堝本體包括底部圓盤和側壁，所述底部圓盤和側壁之間為弧形過度。

碳酸鋇涂層的厚度在1～2mm或之間，弧形過度保證了石英坩堝內表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長了石英坩堝的使用時間。

這種鑄錠裝置大大增強了坩堝護板和底座之間的熱傳導

進一步地，石英坩堝本體與組合式護板機構之間設置有柔性耐磨墊，柔性耐磨墊的設置有效防止石英坩堝本體在組合式護板機構內移動產生磨痕，長時間后會導致石英坩堝本體破碎。

本實用新型的有益效果如下：

1.加熱時碳酸鋇涂層會分解形成氧化鋇，氧化鋇又會與石英坩堝反應形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結晶層，對石英坩堝起到保護作用，防止硅液與坩堝之間的化學反應，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強度，減少高溫軟化現象，保證了硅晶體的電學性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復使用成為可能，從而降低生產成本。

2.惰性氣體入口和惰性氣體出口的設置可以改變氣體的流動方式，能夠有效地將鑄造過程中產生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

3.下板的隔熱性能強于上板，使坩堝內部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產生，提高了垂直方向的熱傳遞系數，減小了側面熱傳遞系數與垂直方向熱傳遞系數的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

4.弧形過度保證了石英坩堝內表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長了石英坩堝的使用時間。

5.柔性耐磨墊的設置有效防止石英坩堝本體在組合式護板機構內移動產生磨痕，長時間后會導致石英坩堝本體破碎。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是組合式護板機構的結構示意圖；

圖3是護蓋的結構示意圖；

圖4是石英坩堝本體與碳酸鋇涂層的結構示意圖；

附圖標記：1-石英坩堝本體，2-碳酸鋇涂層，3-護蓋，3-1-環(huán)狀定位槽，3-2-惰性氣體出口，3-3-惰性氣體入口，4-出氣管道，5-進氣管道，7-組合式護板機構，7-1-底板，7-2-側板，7-2.1-上板，7-2.2-下板，8-溢流孔，9-環(huán)狀凸臺，10-柔性耐磨墊。

具體實施方式

為了本技術領域的人員更好的理解本實用新型，下面結合附圖和以下實施例對本實用新型作進一步詳細描述。

實施例1

如圖1到4所示，本實施例提供一種高純度多晶硅鑄錠坩堝，包括石英坩堝本體1，其特征在于，還包括用于保護石英坩堝本體1的組合式護板機構7，石英坩堝本體1放置在組合式護板機構7內部，組合式護板機構7上方設置有護蓋3，護蓋3上設置有惰性氣體入口3-3和惰性氣體出口3-2，石英坩堝本體1內壁設置有碳酸鋇涂層2。

本實施例中，加熱時碳酸鋇涂層會分解形成氧化鋇，氧化鋇又會與石英坩堝反應形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結晶層，對石英坩堝起到保護作用，防止硅液與坩堝之間的化學反應，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強度，減少高溫軟化現象，保證了硅晶體的電學性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復使用成為可能，從而降低生產成本。

組合式護板機構的設置能夠避免生產過程中石英坩堝破裂導致硅液流出而出現爐體燒壞的危險。

惰性氣體入口和惰性氣體出口的設置可以改變氣體的流動方式，惰性氣進入石英坩堝本體后，可以得到均勻的分散，能夠有效地將鑄造過程中產生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

實施例2

本實施例是在實施例1的基礎上做了進一步優(yōu)化，具體是：

組合式護板機構7為圓筒狀，組合式護板機構7頂部設置有環(huán)狀凸臺9，護蓋3下表面設置有與環(huán)狀凸臺9對應的環(huán)狀定位槽3-1。

所述的惰性氣體入口3-3處設置有進氣管道5，惰性氣體出口3-2出設置有出氣管道4，進氣管道5和出氣管道4的材質均為石墨管。

所述組合式護板機構7包括底板7-1和設置在底板7-1邊緣的側板7-2，所述側板7-2包括上板7-2.1和下板7-2.2，下板7-2.2的隔熱性能強于上板7-2.1。

所述上板7-2.1材質為石墨，下板7-2.2的材料為氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅，下板7-2.2外表面與垂直方向的角度為5～20°。

本實施例中，下板的隔熱性能強于上板，使坩堝內部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產生，提高了垂直方向的熱傳遞系數，減小了側面熱傳遞系數與垂直方向熱傳遞系數的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

弧形過度保證了石英坩堝內表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長了石英坩堝的使用時間。

實施例3

本實施例是在實施例1的基礎上做了進一步優(yōu)化，具體是：

所述上板7-2.1上設置有多個溢流孔8。

所述石英坩堝本體1呈圓形結構，石英坩堝本體1包括底部圓盤和側壁，所述底部圓盤和側壁之間為弧形過度，所述石英坩堝本體的側壁從上到下逐漸變厚，側壁最厚處是最薄處的4/5。

石英坩堝本體1與組合式護板機構7之間設置有柔性耐磨墊10。

本實施例中，柔性耐磨墊的設置有效防止石英坩堝本體在組合式護板機構內移動產生磨痕，長時間后會導致石英坩堝本體破碎。

以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，本實用新型的專利保護范圍以權利要求書為準，凡是運用本實用新型的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本實用新型的保護范圍內。