一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多晶鑄錠爐，尤其涉及一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，屬于晶體生長設備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶鑄錠爐10包括爐體11、隔熱籠14、加熱器15、換熱平臺16、引流裝置12和紅外探測儀90。加熱器15包括頂加熱器和側(cè)加熱器，設置在隔熱籠14內(nèi)；換熱平臺16通過石墨立柱裝配于下爐體內(nèi)并位于隔熱籠14內(nèi)。裝滿硅料的坩禍放置在換熱平臺16上，位于側(cè)加熱器內(nèi)；引流裝置12貫穿并裝配在隔熱籠的頂隔熱板上，其下端出口對著坩禍的上方開口，用于輸運載氣。紅外探測儀90固定在爐體11的頂部，其下端探頭正對著引流裝置12。鑄錠爐10采用五面加熱，則坩禍內(nèi)液態(tài)硅19四邊側(cè)的溫度高于中部的溫度，將形成四邊側(cè)的液態(tài)硅上浮、中部的液態(tài)硅下沉的自然對流流場。四邊側(cè)溫度較高的液態(tài)硅中熔解的雜質(zhì)(如碳、氮)的熔解度若達到或接近飽和，當其流到中部時，由于溫度降低，雜質(zhì)熔解度達到過飽和，將導致雜質(zhì)如碳、氮等形核析出；雜質(zhì)核隨著液流下沉溫度下降并逐步生長形成雜質(zhì)夾雜物。冷載氣經(jīng)引流裝置的出口集中垂直地吹射液態(tài)硅的中心區(qū)域，載氣從該區(qū)域液態(tài)硅中帶走大量的熱量，造成該區(qū)域液態(tài)硅溫度進一步下降，組分過冷度增強，從而促進液態(tài)硅中的雜質(zhì)如碳、氮等雜質(zhì)過飽和形核析出，并促進雜質(zhì)核生長形成宏觀雜質(zhì)，如碳化硅雜質(zhì)、氮化硅雜質(zhì)。碳化硅雜質(zhì)具有電活性，影響太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率。因此，亟需開發(fā)一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，把冷載氣加熱成溫度較高的熱載氣后，再由引流裝置吹射坩禍中的液態(tài)硅，以減少液態(tài)硅中由載氣導致的雜質(zhì)形核及雜質(zhì)核生長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐。以克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題:冷載氣集中吹射液態(tài)硅表面的某一區(qū)域，如中部區(qū)域，載氣從該區(qū)域帶走大量的熱量，造成該區(qū)域大幅降溫，液態(tài)硅組分過冷，促進液態(tài)娃中雜質(zhì)形核及雜質(zhì)核生長形成雜質(zhì)夾雜物。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括裝配于鑄錠爐內(nèi)用于向爐內(nèi)輸送載氣的引流裝置、加熱器及隔熱籠，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，引流裝置裝配在隔熱籠的隔熱板上，其設計要點在于:還包括用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和引流裝置的輸入端相連通。
[0005]在應用中，本發(fā)明多晶鑄錠爐還有如下進一步優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0006]優(yōu)選地，所述加熱裝置為加熱管，所述加熱管的輸出端和引流裝置的輸入端連通，輸入端和換熱器的輸出端連通。
[0007]優(yōu)選地，所述加熱管迂回分布，設置于鑄錠爐的加熱器和隔熱籠之間。
[0008]優(yōu)選地，所述加熱管為翅片管，設置于加熱器的頂加熱器和隔熱籠的頂隔熱板之間。
[0009]優(yōu)選地，所述加熱管的材質(zhì)為鉬、媽或鈦。
[0010]優(yōu)選地，所述換熱器包括第一換熱器，第一換熱器設置在隔熱籠的頂隔熱板的上方。
[0011 ]優(yōu)選地，所述換熱器還包括第二換熱器，第二換熱器和第一換熱器連通，第二換熱器設置在隔熱籠的開啟閉合處，隔熱籠開啟時第二換熱器對著隔熱籠的開口。
[0012]優(yōu)選地，所述換熱器為管式換熱器，材質(zhì)為不銹鋼、鉬或鎢。
[0013]本發(fā)明多晶鑄錠爐內(nèi)置載氣加熱裝置及換熱器，冷載氣依次經(jīng)換熱器、加熱裝置加熱后形成溫度較高的熱載氣，而后將該熱載氣經(jīng)引流裝置吹射坩禍內(nèi)的硅料。當載氣的溫度低于所吹射液態(tài)硅的溫度時，載氣從所吹射區(qū)域液態(tài)硅中所帶走的熱量少，載氣所吹射區(qū)域的液態(tài)硅的局域溫度降幅大大減少，液態(tài)硅組分過冷度減小，液態(tài)硅中載氣導致的雜質(zhì)的形核機率減少，降低甚至消除了液態(tài)硅中由載氣所促進的雜質(zhì)的形成；當載氣的溫度高于所吹射區(qū)域液態(tài)硅的溫度時，載氣對所吹射區(qū)域的液態(tài)硅補給熱量，使該區(qū)域液態(tài)硅的溫度升高，減少液態(tài)硅中徑向的溫度差，抑制該區(qū)域液態(tài)硅中的雜質(zhì)形核，消除了載氣所促進的雜質(zhì)的形成，提高晶體的質(zhì)量。換熱器吸收隔熱籠與爐體間熱輻射能量，用于把冷載氣預加熱成溫度較高的預熱載氣，而后再由加熱裝置加熱形成溫度較高的熱載氣，換熱器的采用可以減少載氣加熱所需的能耗，降低加熱裝置對爐內(nèi)溫度場的影響，同時還有利于降低爐體壁內(nèi)冷確水的溫度，減少冷確水的制備能耗。
[0014]本發(fā)明的進一步的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種內(nèi)置換熱器、載氣加熱裝置以及導流裝置的多晶鑄錠爐。以克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題:冷載氣集中吹射液態(tài)娃表面的某一區(qū)域，載氣對液態(tài)娃產(chǎn)生載氣應力，而沒有形成沿液態(tài)娃中心作周向分布的載氣應力，液態(tài)硅中難以形成旋轉(zhuǎn)流場，不利于雜質(zhì)的揮發(fā)，以及不利于雜質(zhì)的輸運和均勻分布，導致晶體的徑向電阻率差異大；另一方面，冷載氣從該區(qū)域帶走大量的熱量，造成該區(qū)域降溫，導致液態(tài)硅組分過冷，促進液態(tài)硅中雜質(zhì)形核及雜質(zhì)核生長形成雜質(zhì)夾雜物。
[0015]本發(fā)明的一種技術(shù)方案是提供一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括隔熱籠、加熱器和導流裝置，所述隔熱籠為主要由側(cè)隔熱板、頂隔熱板和底隔熱板所構(gòu)成的腔體，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，其設計要點在于:還包括用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器;所述導流裝置至少由配接筒和導流筒構(gòu)成，所述配接筒包括固定連接的配接筒部和進氣部，配接筒部為沿其中心線方向設置通孔的柱體，進氣部設置在配接筒部的外部，進氣部內(nèi)設置用于載氣流入的進氣孔，配接筒部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的下端面開口的第一分流腔，所述進氣孔和第一分流腔連通;所述導流筒為沿其中心線方向設置通孔的柱體，導流筒上端部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的上端面開口的第二分流腔，第二分流腔和第一分流腔相對應;所述導流筒的筒壁內(nèi)設置至少一條自第二分流腔下端面沿著非等螺距的圓柱狀螺旋線向下延伸的導流氣道，導流氣道的出口位于導流筒的下端；所述導流筒的上端部穿過頂隔熱板中部的通孔，和設置在頂隔熱板上方的配接筒軸向固定連接;所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和導流裝置的進氣孔連通。
[0016]在應用中，本發(fā)明多晶鑄錠爐還有如下進一步優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0017]優(yōu)選地，所述進氣孔和第一分流腔通過連通氣道連通，所述連通氣道的一端部和進氣孔相切連通，另一端部和第一分流腔的側(cè)壁面相切連通。
[0018]優(yōu)選地，所述加熱裝置為加熱管，加熱管的輸出端和導流裝置的進氣孔連通，輸入端和換熱器的輸出端連通。。
[0019]優(yōu)選地，所述加熱管呈迂回分布，設置于鑄錠爐的加熱器和隔熱籠之間。
[0020]優(yōu)選地，所述加熱管為翅片管，設置于加熱器的頂加熱器和隔熱籠的頂隔熱板之間。
[0021]優(yōu)選地，所述加熱管的材質(zhì)為鉬、鎢或鈦。
[0022]優(yōu)選地，所述換熱器包括第一換熱器，第一換熱器設置在隔熱籠的頂隔熱板的上方。
[0023]優(yōu)選地，所述換熱器還包括第二換熱器，第二換熱器和第一換熱器連通，第二換熱器設置在隔熱籠的開啟閉合處，隔熱籠開啟時第二換熱器對著隔熱籠的開口。
[0024]優(yōu)選地，所述導流氣道出口段的螺旋線的螺距逐漸減小，導流氣道的出口位于導流筒的下端面;或者，
[0025]所述導流氣道出口段的螺旋線的螺距逐漸減小、半徑逐漸增大，導流氣道的出口位于導流筒外側(cè)面的下端或位于導流筒的外側(cè)面和下端面的交處。
[0026]優(yōu)選地，所述導流氣道的數(shù)量為2個、3個或5個以上，圍繞著導流筒的中心線均勻分布O
[0027]本發(fā)明多晶鑄錠爐的導流裝置內(nèi)置多條用以改變載氣流向的導流氣道，導流氣道的出口圍繞著導流裝置的中心線沿相同的角向均勻分布，載氣經(jīng)導流裝置被分成多束載氣流，多束載氣流分散傾斜地吹射液態(tài)硅表面的不同區(qū)域，產(chǎn)生圍繞液態(tài)硅中心分布的載氣應力，載氣應力驅(qū)動表面層液態(tài)硅流動，在液態(tài)硅中形成作周向流動的旋轉(zhuǎn)流場。旋轉(zhuǎn)流場有利于將液態(tài)硅內(nèi)部的雜質(zhì)輸送到表面，促進雜質(zhì)的揮發(fā);有利于液態(tài)硅中質(zhì)雜的輸運和均勻分布，使晶體的徑向電阻率更均勻。所述導流裝置中通向鑄錠爐內(nèi)的視場無遮擋，通過爐頂?shù)挠^察窗可以看到爐內(nèi)硅料的狀態(tài)、插入測晶棒測量晶體的生長速度;紅外探測儀可以探測到爐內(nèi)硅料的狀態(tài)。冷載氣依次經(jīng)換熱器、加熱裝置加熱后形成溫度較高的熱載氣，該熱載氣經(jīng)導流裝置吹射坩禍內(nèi)的硅料。當載氣的溫度低于液態(tài)硅的溫度時，載氣從所吹射區(qū)域的液態(tài)硅中所帶走的熱量少，載氣所吹射區(qū)域的液態(tài)硅的局域溫度降幅大大減少，液態(tài)硅組分過冷度減小，液態(tài)硅中載氣導致的雜質(zhì)的形核機率減少，降低甚至消除了液態(tài)硅中由載氣所促進的雜質(zhì)的形成；當載氣的溫度高于所吹射區(qū)域的液態(tài)硅的溫度時，載氣對所吹射區(qū)域的液態(tài)硅補給熱量，使該區(qū)域液態(tài)硅的溫度升高，減少液態(tài)硅中徑向的溫度差，抑制該區(qū)域液態(tài)硅中的雜質(zhì)形核，消除了載氣所促進的雜質(zhì)的形成，提高晶體的質(zhì)量。換熱器吸收隔熱籠與爐體間熱輻射的能量，用于把冷載氣預加熱成溫度較高的預熱載氣，而后再由加熱裝置加熱形成溫度高的熱載氣，換熱器的采用可以減少載氣加熱所需的能耗，降低加熱裝置對爐內(nèi)溫度場的影響，同時還有利于降低爐體壁內(nèi)冷確水的溫度，減少冷確水的制備能耗。
[0028]本發(fā)明的另一種技術(shù)方案是提供一種內(nèi)置換熱器及載氣加熱裝置的多晶鑄錠爐，包括隔熱籠、加熱器和導流管，所述隔熱籠為主要由側(cè)隔熱板、頂隔熱板和底隔熱板所構(gòu)成的腔體，加熱器設置在隔熱籠內(nèi)，其設計要點在于:還包括導流裝置、用于加熱載氣的加熱裝置及換熱器，所述導流裝置包括固定連接的導流筒部和進氣部，導流筒部為沿其中心線方向設置通孔的柱體，進氣部設置在導流筒部的外部;所述導流筒部上端部的筒壁內(nèi)設置與其共中心線的呈環(huán)狀的分流腔;進氣部內(nèi)置用于載氣流入的進氣孔，進氣孔和分流腔連通;所述導流筒部的筒壁內(nèi)設置至少一條自分流腔的下端面沿著非等螺距的圓柱狀螺旋線向下延伸的導流氣道，導流氣道的出口位于導流筒部的下端;所述導流管裝配在頂隔熱板上，其下端穿過頂隔熱板中部的通孔，并從頂隔熱板的下端面伸出；所述導流裝置和導流管下端部軸向固定連接;所述加熱裝置和換熱器設置在鑄錠爐內(nèi)，加熱裝置設置在隔熱籠內(nèi)，換熱器設置在隔熱籠外;所述換熱器的輸入端和載氣的輸氣管連通，輸出端和加熱裝置的輸入端連通;所述加熱裝置的輸出端和導流裝置的進氣孔連通。
[0029]在應用中，本發(fā)明多晶鑄錠爐還有如下進一步優(yōu)選的技術(shù)方案。
[0030]優(yōu)選地，所述進氣孔和分流腔通過連通氣道連通，連通氣道的一端部和進氣孔相切連通，另一端部和分流腔的側(cè)面相切連通。
[0031]優(yōu)選地，所述加熱裝置為加熱管，所述加熱管的輸出端和導流裝置的進氣孔連通，輸入端和換熱器的輸出端連通。
[0032]優(yōu)選地，所述加熱管呈迂回分布，設置于鑄