專利名稱：一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，具體是指在準(zhǔn)單晶硅生產(chǎn)的過(guò)程中，為確保籽晶不完全熔化而發(fā)明的一種鑄錠爐隔熱籠裝置。
背景技術(shù)：
在整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)中，降低成本、提高電池轉(zhuǎn)換效率一直是兩個(gè)最主要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，目前整個(gè)晶體硅制造行業(yè)主要有兩種生產(chǎn)技術(shù)直拉法生產(chǎn)單晶硅、定向凝固法生產(chǎn)多晶硅。單晶硅棒具有低缺陷、高轉(zhuǎn)換效率等特點(diǎn)，但該方法對(duì)原料及操作要 陽(yáng)能電池衰減較快。多晶硅鑄錠生產(chǎn)過(guò)程中單次投料量大，具有易操作、成本低等特點(diǎn)，并且石英坩堝內(nèi)表面氮化硅涂層具有隔離作用，所得的硅錠O2含量相對(duì)較低，多晶電池片衰減比單晶硅片小很多，但多晶硅電池片的轉(zhuǎn)換效率較單晶硅電池低約I 2%。為了提高多晶硅片的性能，國(guó)內(nèi)外都在進(jìn)行廣泛的研究。這些研究旨在改進(jìn)多晶硅的鑄錠工藝，從而生長(zhǎng)出較大晶粒的準(zhǔn)單晶硅，使其得到單晶硅片的高轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)又保持多晶硅片的低衰減、高產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)，從而生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)、性能更加穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池片廣品。準(zhǔn)單晶鑄錠技術(shù)就是通過(guò)鑄錠的方法與設(shè)備制造準(zhǔn)單晶硅的技術(shù)。它具備多晶硅鑄淀聞廣出、聞品質(zhì)、低能耗的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)廣出的準(zhǔn)單晶娃晶向一致性聞，晶界明顯減少，大幅提升電池轉(zhuǎn)換效率，是一種極具吸引力的技術(shù)。準(zhǔn)單晶硅錠生產(chǎn)的工藝原理是通過(guò)在石英坩堝的底部鋪設(shè)籽晶，并采用精確分段控溫，保證硅料融化時(shí)籽晶僅部分融化，然后定向凝固，由此長(zhǎng)出大顆粒柱狀單晶。工藝的關(guān)鍵點(diǎn)是通過(guò)坩堝底部溫度(即中心熱偶溫度)和加熱器升溫速率(即控溫?zé)崤忌郎厮俾?控制熔化和長(zhǎng)晶過(guò)程。以上工藝技術(shù)的難點(diǎn)在于對(duì)籽晶是否未完全熔化的判斷。按照傳統(tǒng)的多晶硅鑄錠工藝，在熔化階段時(shí)坩堝內(nèi)部上下溫差較小，在要求上部多晶硅料熔化完全時(shí)，底部的籽晶也基本熔化完畢。因此，有必要采取措施，使坩堝上部硅料完全熔化后而底部籽晶不完全熔化，并且盡可能使熔化-長(zhǎng)晶轉(zhuǎn)化狀態(tài)保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，以利于長(zhǎng)晶開(kāi)始時(shí)機(jī)的判斷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足并根據(jù)上述工藝要求，提出一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，它一方面能滿足準(zhǔn)單晶硅錠生長(zhǎng)的需要；另一方面又能使坩堝上部硅料完全熔化時(shí)而底部籽晶不完全熔化，并且盡可能使熔化-長(zhǎng)晶轉(zhuǎn)化狀態(tài)保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，從而利于長(zhǎng)晶開(kāi)始時(shí)機(jī)的判斷，確保準(zhǔn)單晶硅錠的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，包括隔熱籠骨架，隔熱籠骨架內(nèi)有石英坩堝，其特征是，所述石英坩堝底部外安裝定向凝固塊，定向凝固塊兩側(cè)設(shè)有擋火條，擋火條頂面高度高于石英坩堝底面高度，定向凝固塊與擋火條之間有間隙。所述定向凝固塊上表面四周邊角有缺口并在各缺口上安裝上保溫板。所述定向凝固塊兩側(cè)安裝側(cè)保溫板，底部安裝下保溫板。本實(shí)用新型的技術(shù)原理是，將內(nèi)涂Si3N4涂層的石英坩堝裝入多晶硅料后放置于定向凝固塊上，關(guān)閉隔熱籠后抽真空，加熱至硅料開(kāi)始熔化后，隔熱籠往上提升至合適的高度，使坩堝底部的籽晶位于小腔體，坩堝的頂部位于大腔體。熔化過(guò)程中，大腔體內(nèi)的高溫?zé)崃勘坏撞繐趸饤l及定向凝固塊側(cè)保溫板阻隔，無(wú)法直接輻射到小腔體，因而只能通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)入小腔體，熱傳遞速度慢。同時(shí)，由于本準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐長(zhǎng)晶時(shí)采用的是提升隔熱籠從而形成垂直溫度梯度的模式，為了避免隔熱籠保溫氈和定向凝固塊之間相互摩擦造成碳粉揚(yáng)塵，底部擋火條和定向凝固塊之間必然留有一定的間隙。此間隙的存在，無(wú)法全部阻擋高溫?zé)崃枯椛溥M(jìn)入小腔體，因此，在定向凝固塊的上部周邊、底部周邊分別設(shè)有上、 下保溫板，從而更有效地減少高溫?zé)崃客ㄟ^(guò)定向凝固塊的熱傳導(dǎo)。這樣，就可確保鋪設(shè)在坩堝底部的籽晶在較長(zhǎng)工作時(shí)間內(nèi)不會(huì)完全熔化，即籽晶快速熔化到一定程度后，促使籽晶熔化所需要的熱量與提升隔熱籠所散發(fā)的熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，從而可以大大延長(zhǎng)籽晶在未完全熔化和完全熔化之間的時(shí)間，便于控制籽晶在即將熔化和開(kāi)始長(zhǎng)晶工序的切換，降低工藝難度。為滿足準(zhǔn)單晶硅鑄錠時(shí)籽晶不能完全熔化的要求，本實(shí)用新型底部擋火條、定向凝固塊上保溫板、定向凝固塊下保溫板及定向凝固塊側(cè)保溫板均選用高純固化碳?xì)肿鳛楦魺岜夭牧?，同時(shí)通過(guò)精確控制隔熱籠的提升高度，形成一個(gè)垂直溫度梯度精確可控的定向長(zhǎng)晶熱場(chǎng)，使籽晶在即將而又未完全熔化時(shí)轉(zhuǎn)入定向生長(zhǎng)，從而獲得準(zhǔn)單晶。本實(shí)用新型既滿足了準(zhǔn)單晶硅鑄錠時(shí)籽晶不能完全熔化的判斷要求，且有效延長(zhǎng)了籽晶在未完全熔化和完全熔化段的時(shí)間，方便控制籽晶在即將熔化和開(kāi)始長(zhǎng)晶工序的切換，降低了工藝難度。由以上可知，本實(shí)用新型為一種用于準(zhǔn)單晶硅鑄錠的隔熱籠裝置，它一方面能滿足準(zhǔn)單晶硅錠生長(zhǎng)的需要；另一方面又能使坩堝上部硅料完全熔化時(shí)而底部籽晶不完全熔化，并且使該狀態(tài)保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，從而方便控制籽晶在即將熔化和開(kāi)始長(zhǎng)晶工序的切換，工作可靠性好。

附圖是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；在附圖中I-隔熱籠骨架，2-加熱器，3-石墨護(hù)板，4-石英坩堝，5-定向凝固塊上保溫板，6-定向凝固塊側(cè)保溫板，7-定向凝固塊下保溫板，8-定向凝固塊，9-底部保溫板，10-立柱，11-底部擋火條，12-側(cè)部保溫板，[0025]13-坩堝蓋板，14-頂部保溫板，15-提升桿。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式。如附圖所示，所述準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置為，它有隔熱籠骨架1，所述隔熱籠骨架I內(nèi)裝有側(cè)部保溫板12，所述隔熱籠骨架I由提升桿15吊裝支撐，所述隔熱籠上部有頂部保溫板14，下部有底部保溫板9。所述側(cè)部保溫板12、頂部保溫板14、底部保溫板9可形成一個(gè)閉合的熱場(chǎng)。所述熱場(chǎng)內(nèi)有加熱器2和立柱10支撐的定向凝固塊8,裝滿娃料的石英 甘禍4四周由石墨護(hù)板 3護(hù)住后置于定向凝固塊8上，所述石英坩堝4上部有坩堝蓋板13。所述定向凝固塊8上表面四周留有缺口，其間放置定向凝固塊上保溫板5，同時(shí)，定向凝固塊8的側(cè)面、底面分別設(shè)置有定向凝固塊側(cè)保溫板6和定向凝固塊下保溫板7。所述隔熱籠下部設(shè)置有底部擋火條11。本實(shí)用新型的工作過(guò)程是，選取厚度為20_30mm至少一個(gè)面平整的單晶籽晶塊，平鋪在內(nèi)涂Si3N4涂層的石英坩堝4底部，在籽晶層上面添加硅料，并根據(jù)目標(biāo)電阻率加入摻雜劑后放在定向凝固塊8上。分別固定好定向凝固塊上保溫板5、定向凝固塊側(cè)保溫板6及定向凝固塊下保溫板7，關(guān)閉由側(cè)部保溫板12、底部保溫板9、頂部保溫板14組合成的爐膛后抽真空，接通加熱器2加熱，分段升溫使上部的硅料熔化，至熔化后期，籽晶開(kāi)始熔化時(shí)，嚴(yán)格控制加熱器2溫度，同時(shí)通過(guò)提升桿15將隔熱籠骨架I提升至合適的高度。由于底部擋火條11和定向凝固塊側(cè)保溫板6的阻隔，高溫?zé)崃繜o(wú)法直接輻射到小腔體，當(dāng)使籽晶熔化所需要的熱量與隔熱籠I提升所散發(fā)的熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，籽晶不再熔化。自動(dòng)工藝程序觸發(fā)報(bào)警提示結(jié)束熔化進(jìn)入長(zhǎng)晶階段，隔熱籠I以選定速率繼續(xù)往上提升，通過(guò)定向凝固塊8底部散熱，使晶體硅沿著未熔化的籽晶方向穩(wěn)定生長(zhǎng)，待硅晶體長(zhǎng)成后，經(jīng)退火、冷卻得到準(zhǔn)單晶娃錠。
權(quán)利要求1.一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，包括隔熱籠骨架(I)，隔熱籠骨架(I)內(nèi)有石英坩堝(4)，其特征是，所述石英坩堝⑷底部外安裝定向凝固塊(8)，定向凝固塊⑶兩側(cè)設(shè)有擋火條(11)，擋火條(11)頂面高度高于石英坩堝(4)底面高度，定向凝固塊(8)與擋火條(11)之間有間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，其特征是，所述定向凝固塊(8)上表面四周邊角有缺口并在各缺口上安裝上保溫板(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐隔熱籠裝置，其特征是，所述定向凝固塊(8)兩側(cè)安裝側(cè)保溫板(6)，底部安裝下保溫板(7)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種準(zhǔn)單晶硅鑄錠爐熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)，具體是指在準(zhǔn)單晶硅生產(chǎn)的過(guò)程中，為確保籽晶不完全熔化而發(fā)明的一種鑄錠爐隔熱籠裝置。包括隔熱籠骨架，隔熱籠骨架內(nèi)有石英坩堝，所述石英坩堝底部外安裝定向凝固塊，定向凝固塊兩側(cè)設(shè)有擋火條，擋火條頂面高度高于石英坩堝底面高度，定向凝固塊與擋火條之間有間隙。本實(shí)用新型為一種用于準(zhǔn)單晶硅鑄錠的隔熱籠裝置，它一方面能滿足準(zhǔn)單晶硅錠生長(zhǎng)的需要；另一方面又能使坩堝上部硅料完全熔化時(shí)而底部籽晶不完全熔化，并且使該狀態(tài)保持時(shí)間足夠長(zhǎng)，從而方便控制籽晶在即將熔化和開(kāi)始長(zhǎng)晶工序的切換，工作可靠性好。
文檔編號(hào)C30B29/06GK202380119SQ20112045820
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者楊曉生, 瞿海斌, 陳國(guó)紅 申請(qǐng)人:湖南紅太陽(yáng)光電科技有限公司