多晶硅鑄錠爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能夠提高鑄錠生長速度的多晶硅鑄錠爐。該多晶硅鑄錠爐包括爐體，爐體上設(shè)置有抽氣孔，所述爐體內(nèi)設(shè)置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩與下托保溫板共同構(gòu)成保溫隔熱籠，所述保溫隔熱籠內(nèi)設(shè)置有坩堝、坩堝護(hù)板、石墨底板、石墨蓋板、側(cè)部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨蓋板上設(shè)置有多個(gè)通孔。通過在石墨蓋板上設(shè)置多個(gè)通孔，頂部加熱器的熱量可以毫無阻隔的通過通孔傳遞到坩堝內(nèi)，使得坩堝內(nèi)上部的溫度相對于原來而言能夠有所提高，從而使坩堝內(nèi)的溫度梯度變化明顯，進(jìn)而增加鑄錠的生長速度，這種方式只需在原有的石墨蓋板上打幾個(gè)通孔即可，基本不會增加成本，改裝也很方便。適合在多晶硅生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專利說明】多晶娃鑄錠爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多晶硅生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種多晶硅鑄錠爐。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能電池可以將光能轉(zhuǎn)換為電能，是現(xiàn)代節(jié)能社會發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。根據(jù)基體材料的不同，現(xiàn)有的太陽能電池分為多晶硅太陽能電池、單晶硅太陽能電池和類單晶硅太陽能電池。其中，單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率高，但生產(chǎn)成本也高，多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率比單晶硅太陽能電池低1%_2%，但其生產(chǎn)成本也低，而類單晶硅太陽能電池是介于單晶硅電池和多晶硅太陽能電池之間的電池。綜合考慮，目前市場上的太陽能電池仍以多晶硅太陽能電池為主。
[0003]現(xiàn)有用于生產(chǎn)多晶硅太陽能電池的多晶硅錠通常采用鑄錠工藝制的，鑄錠工藝一般是通過多晶硅鑄錠爐實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)有的多晶硅鑄錠爐包括，包括爐體，爐體上設(shè)置有抽氣孔，所述爐體內(nèi)設(shè)置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩放置在下托保溫板上，保溫罩與下托保溫板共同構(gòu)成保溫隔熱籠，所述保溫罩上連接有能夠使保溫罩上下移動的升降桿，所述保溫隔熱籠內(nèi)設(shè)置有坩堝、坩堝護(hù)板、石墨底板、石墨蓋板、側(cè)部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨底板放置在熱交換平臺上，坩堝放置在石墨底板上，坩堝護(hù)板設(shè)置在坩堝外偵牝側(cè)部加熱器設(shè)置在坩堝護(hù)板的外側(cè)，石墨蓋板設(shè)置在坩堝上方，頂部加熱器設(shè)置在石墨蓋板上方，所述熱交換平臺通過石墨立柱固定在爐體底部，坩堝護(hù)板的上端設(shè)置有尾氣排放孔，還包括進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管依次穿過爐體、保溫罩、頂部加熱器、石墨蓋板后伸入坩堝內(nèi)。
[0004]目前的鑄錠工藝，首先是經(jīng)過噴涂-裝料工序后，再進(jìn)入鑄錠工序。
[0005]噴涂:硅料高溫熔化后會與坩堝發(fā)生反應(yīng)，引入雜質(zhì)，并且造成粘鍋，影響硅錠的質(zhì)量，所以需要在坩堝與硅料`之間噴涂一層氮化硅溶液，利用氮化硅可以有效的隔離硅料與坩堝，氮化硅溶液噴涂完成以后，再進(jìn)行高溫烘干，將氮化硅溶液中的水分蒸發(fā)，就可以使坩堝內(nèi)壁附著一層氮化硅涂層。
[0006]裝料:坩堝烘干以后，將散碎的硅料，按順序、要求及重量將硅料裝入坩堝中。
[0007]裝完料的坩堝就可以進(jìn)行下一步的鑄錠工藝，首先將裝好料的坩堝裝入鑄錠爐的爐體內(nèi)，按要求裝好后，將鑄錠爐合蓋，合蓋以后的鑄錠爐，就形成一個(gè)密封的腔室，將裝好硅料的坩堝密封在鑄錠爐內(nèi)部，開始運(yùn)行鑄錠工藝，整個(gè)鑄錠工藝分6個(gè)過程，抽真空-加熱_熔化_長晶_退火_冷卻。
[0008]S11、抽真空:將爐體內(nèi)的空氣從抽氣孔抽走，防止升溫的過程中空氣中的氧氣與硅料發(fā)生氧化反應(yīng)，影響硅錠質(zhì)量。抽真空是利用真空泵將爐體內(nèi)的空氣抽出，直到達(dá)到設(shè)備開啟要求。
[0009]S12、加熱:抽真空完成以后，進(jìn)入加熱階段，加熱是為了快速使硅料升溫接近熔化溫度，此時(shí)爐腔內(nèi)的環(huán)境為真空環(huán)境，可以有利于將附著在硅料表面的水蒸氣，通過抽真空的方法抽出，并且快速升溫。[0010]S13、熔化:熔化過程中，需要在密封的腔室內(nèi)填充氬氣，避免附著在坩堝內(nèi)壁的氮化硅涂層發(fā)生分解反應(yīng)，氬氣是通過進(jìn)氣管充入爐體內(nèi)。熔化開始后，爐體內(nèi)開始充氣，按工藝程序充氣到規(guī)定壓力后，開始動態(tài)保持。
[0011]S14、長晶:熔化完成的硅料，開始進(jìn)行長晶，長晶的過程是將爐體內(nèi)部的保溫罩向上升，液態(tài)硅從底部開始散熱，底部的液態(tài)硅變成固態(tài)硅，并伴隨著保溫罩的上升及熱量的散失，緩慢向上凝固，直至整個(gè)硅錠凝固完成。
[0012]S15、退火:由于長晶過程在底部開始，并伴隨保溫罩升起，直至頂部，這樣頂?shù)字g因?yàn)樯岬脑?，就會存在一定得溫度差，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。退火的作用就是在保證恒溫環(huán)境下，消除溫度差，從而消除內(nèi)應(yīng)力。
[0013]S16、冷卻:在爐腔內(nèi)快速冷卻硅錠到出爐溫度。
[0014]在長晶過程中，坩堝內(nèi)部從上到下需具有一定的溫度梯度，即坩堝內(nèi)的溫度從上向下逐漸減小，溫度梯度變化越明顯，鑄錠的生長速度越快，坩堝內(nèi)上部的溫度主要是靠頂部加熱器提供，頂部加熱器的熱量透過石墨蓋板后再傳遞到坩堝內(nèi)，由于經(jīng)過石墨蓋板的阻隔，石墨蓋板上方的溫度要高于石墨蓋板下方的溫度，由于現(xiàn)有的多晶硅鑄錠爐的側(cè)部加熱器和頂部加熱器都是統(tǒng)一控制的，而且在長晶階段，溫度必須控制在一定的范圍，這就是使得側(cè)部加熱器和頂部加熱器都只能以相同的功率工作，也就是說側(cè)部加熱器和頂部加熱器提供的熱量是一定的，因此，現(xiàn)有的坩堝內(nèi)的溫度梯度變化不夠明顯，鑄錠的生長速度較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠提高鑄錠生長速度的多晶硅鑄錠爐。
[0016]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該多晶硅鑄錠爐，包括爐體，爐體上設(shè)置有抽氣孔，所述爐體內(nèi)設(shè)置有下托保溫板與保溫罩，保溫罩放置在下托保溫板上，保溫罩與下托保溫板共同構(gòu)成保溫隔熱籠，所述保溫罩上連接有能夠使保溫罩上下移動的升降桿，所述保溫隔熱籠內(nèi)設(shè)置有坩堝、坩堝護(hù)板、石墨底板、石墨蓋板、側(cè)部加熱器、頂部加熱器、熱交換平臺，所述石墨底板放置在熱交換平臺上，坩堝放置在石墨底板上，坩堝護(hù)板設(shè)置在坩堝外側(cè)，側(cè)部加熱器設(shè)置在坩堝護(hù)板的外側(cè)，石墨蓋板設(shè)置在坩堝上方，頂部加熱器設(shè)置在石墨蓋板上方，所述熱交換平臺通過石墨立柱固定在爐體底部，坩堝護(hù)板的上端設(shè)置有尾氣排放孔，還包括進(jìn)氣管，所述進(jìn)氣管依次穿過爐體、保溫罩、頂部加熱器、石墨蓋板后伸入坩堝內(nèi)，所述石墨蓋板上設(shè)置有多個(gè)通孔。
[0017]進(jìn)一步的是，所述爐體底部安裝有溢流毯，所述溢流毯為四層結(jié)構(gòu)，從上到下依次為針織陶瓷纖維毯層、針織陶瓷纖維毯層、陶瓷纖維毯層、碳?xì)謱?，所述針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、陶瓷纖維毯層的厚度為25mm、碳?xì)謱拥暮穸葹?0mm。
[0018]進(jìn)一步的是，所述溢流毯的上表面安裝有溢流絲。
[0019]進(jìn)一步的是，在相鄰的石墨立柱之間均設(shè)置有溢流絲。
[0020]進(jìn)一步的是，所述下托保溫板上設(shè)置有多個(gè)溢流孔。
[0021]進(jìn)一步的是，所 述坩堝與坩堝護(hù)板之間設(shè)置有碳?xì)帧?br> [0022]進(jìn)一步的是，所述尾氣排放孔為圓孔。[0023]本發(fā)明的有益效果是:通過在石墨蓋板上設(shè)置多個(gè)通孔，頂部加熱器的熱量可以毫無阻隔的通過通孔傳遞到坩堝內(nèi)，使得坩堝內(nèi)上部的溫度相對于原來而言能夠有所提高，從而使坩堝內(nèi)的溫度梯度變化明顯，進(jìn)而增加鑄錠的生長速度，這種方式只需在原有的石墨蓋板上打幾個(gè)通孔即可，基本不會增加成本，同時(shí)改裝也很方便?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明多晶硅鑄錠爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明所述石墨蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明所述溢流毯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明所述坩堝護(hù)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖中標(biāo)記為:爐體1、抽氣孔2、下托保溫板3、保溫罩4、升降桿5、坩堝6、坩堝護(hù)板
7、石墨底板8、石墨蓋板9、側(cè)部加熱器10、頂部加熱器11、熱交換平臺12、尾氣排放孔13、進(jìn)氣管14、通孔17、溢流毯18、溢流絲19、溢流孔20、碳?xì)?1、石墨立柱22。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0030]如圖1至4所示，該多晶硅鑄錠爐，包括爐體I，爐體I上設(shè)置有抽氣孔2，所述爐體I內(nèi)設(shè)置有下托保溫板3與保溫罩4，保溫罩4放置在下托保溫板3上，保溫罩4與下托保溫板3共同構(gòu)成保溫隔熱籠，所述保溫罩4上連接有能夠使保溫罩4上下移動的升降桿5，所述保溫隔熱籠內(nèi)設(shè)置有坩堝6、坩堝護(hù)板7、石墨底板8、石墨蓋板9、側(cè)部加熱器10、頂部加熱器11、熱交換平臺12，所述石墨底板8放置在熱交換平臺12上，坩堝6放置在石墨底板8上，坩堝護(hù)板7設(shè)置在坩堝6外側(cè)，側(cè)部加熱器10設(shè)置在坩堝護(hù)板7的外側(cè)，石墨蓋板9設(shè)置在坩堝6上方，頂部加熱器11設(shè)置在石墨蓋板9上方，所述熱交換平臺12通過石墨立柱22固定在爐體I底部，坩堝護(hù)板7的上端設(shè)置有尾氣排放孔13，還包括進(jìn)氣管14，所述進(jìn)氣管14依次穿過爐體1、保溫罩4、頂部加熱器11、石墨蓋板9后伸入坩堝6內(nèi)，所述石墨蓋板9上設(shè)置有多個(gè)通孔17。在長晶過程中，坩堝6內(nèi)部從上到下需具有一定的溫度梯度，即坩堝6內(nèi)的溫度從上向下逐漸減小，溫度梯度變化越明顯，鑄錠的生長速度越快，坩堝6內(nèi)上部的溫度主要是靠頂部加熱器11提供，頂部加熱器11的熱量透過石墨蓋板9后再傳遞到坩堝6內(nèi)，由于經(jīng)過石墨蓋板9的阻隔，石墨蓋板9上方的溫度要高于石墨蓋板9下方的溫度，由于現(xiàn)有的多晶硅鑄錠爐的側(cè)部加熱器10和頂部加熱器11都是統(tǒng)一控制的，而且在長晶階段，溫度必須控制在一定的范圍，這就是使得側(cè)部加熱器10和頂部加熱器11都只能以相同的功率工作，也就是說側(cè)部加熱器10和頂部加熱器11提供的熱量是一定的，若要使坩堝6內(nèi)上部的溫度較高，就必須使更多熱量能夠透過石墨蓋板9傳遞到坩堝6內(nèi)，從而使坩堝6內(nèi)溫度梯度變化明顯，本發(fā)明提供了一種簡單有效的方式來達(dá)到坩堝6內(nèi)溫度梯度變化明顯的目的，即在所述石墨蓋板9上設(shè)置有多個(gè)通孔17，通過在石墨蓋板9上設(shè)置多個(gè)通孔17，頂部加熱器11的熱量可以毫無阻隔的通過通孔17傳遞到坩堝6內(nèi)，使得坩堝6內(nèi)上部的溫度相對于原來而言能夠有所提高，從而使坩堝6內(nèi)的溫度梯度變化明顯，進(jìn)而增加鑄錠的生長速度，這種方式只需在原有的石墨蓋板9上打幾個(gè)通孔17即可，基本不會增加成本，同時(shí)改裝也很方便。[0031]多晶硅鑄錠爐在使用過程中，有時(shí)會發(fā)生硅液溢流的現(xiàn)象，一旦發(fā)生硅液溢流，溢流出的硅液會沿?zé)峤粨Q平臺12流到下方的下托保溫板3上，接著硅液再從下托保溫板3的邊緣滴落到爐體I的底部，由于硅液溫度較高，硅液很容易將爐體I燒穿從而引發(fā)事故，為了避免溢流的硅液將爐體I燒穿，所述爐體I底部安裝有溢流毯18，溢流毯18將溢流出的硅液與爐體I隔開，有效避免了硅液將爐體I燒穿，即使硅液將溢流毯18燒穿，此時(shí)硅液的溫度也較低，不會對爐體I造成太大的損失。為了防止硅液將溢流毯18燒穿，所述溢流毯18為四層結(jié)構(gòu)，從上到下依次為針織陶瓷纖維毯層、針織陶瓷纖維毯層、陶瓷纖維毯層、碳?xì)謱樱鲠樋椞沾衫w維毯層的厚度為10mm、針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、陶瓷纖維毪層的厚度為25mm、碳租層的厚度為10mm。
[0032]為了使操作人員及時(shí)知曉是否發(fā)生了硅液溢流，所述溢流毯18的上表面安裝有溢流絲19，一旦發(fā)生硅液溢流，溢流出的硅液落在溢流毯18后就會將安裝在溢流毯18表面的溢流絲19燒斷，溢流絲19燒斷后會發(fā)出報(bào)警信號，提示操作人員進(jìn)行相關(guān)操作。由于溢流的硅液很容易沿石墨立柱22向下流，因此，為了能夠及時(shí)快速的監(jiān)測溢流現(xiàn)象的發(fā)生，在相鄰的石墨立柱22之間均設(shè)置有溢流絲19。由于溢流的硅液流到下托保溫板3后要流到下托保溫板3的邊緣才能繼續(xù)向下流，這樣就導(dǎo)致溢流現(xiàn)象發(fā)生一段時(shí)間后才能監(jiān)測到，這樣就增加了發(fā)生事故的幾率，因此，為了及時(shí)快速的監(jiān)測是否發(fā)生了硅液溢流現(xiàn)象，所述下托保溫板3上設(shè)置有多個(gè)溢流孔20，通過在下托保溫板3上設(shè)置溢流孔20，當(dāng)硅液流到下托保溫板3后可以直接從溢流孔20流到下方的溢流毯18上，進(jìn)而將設(shè)置在溢流毯18上設(shè)置的溢流絲19燒斷，從而達(dá)到快速監(jiān)測的目的。
[0033]另外，為了使坩堝6受熱更加均勻，所述坩堝6與坩堝護(hù)板7之間設(shè)置有碳?xì)?1，側(cè)部加熱器10的熱量透過坩堝護(hù)板7后再透過碳?xì)?1傳遞給坩堝6，由于碳?xì)?1具有較好的隔熱保溫性能，因此，熱量不會快速透過碳?xì)?1傳遞到坩堝6內(nèi)，這樣可以使熱量在透過碳?xì)?1時(shí)得到均化，從而使坩堝6受熱均勻，可以提高產(chǎn)品的合格率。
[0034]為了更好的有利于雜質(zhì)的揮發(fā)，所述尾氣排放孔13為圓孔，原有的尾氣排放孔13為方形槽孔，尾氣從方形槽孔排出時(shí)，尾氣的氣流方向比較散亂，不規(guī)律，不利于雜質(zhì)的揮發(fā)，將其改為圓孔后，可以使尾氣的氣`流方向有規(guī)律，從而有利于雜質(zhì)的揮發(fā)。
【權(quán)利要求】
1.多晶硅鑄錠爐，包括爐體(1)，爐體(1)上設(shè)置有抽氣孔(2)，所述爐體(1)內(nèi)設(shè)置有下托保溫板(3)與保溫罩(4)，保溫罩(4)放置在下托保溫板(3)上，保溫罩(4)與下托保溫板(3)共同構(gòu)成保溫隔熱籠，所述保溫罩(4)上連接有能夠使保溫罩(4)上下移動的升降桿(5)，所述保溫隔熱籠內(nèi)設(shè)置有坩堝(6)、坩堝護(hù)板(7)、石墨底板(8)、石墨蓋板(9)、側(cè)部加熱器(10)、頂部加熱器(11)、熱交換平臺(12)，所述石墨底板(8)放置在熱交換平臺(12)上，坩堝(6)放置在石墨底板(8)上，坩堝護(hù)板(7)設(shè)置在坩堝(6)外側(cè)，側(cè)部加熱器(10)設(shè)置在坩堝護(hù)板(7)的外側(cè)，石墨蓋板(9)設(shè)置在坩堝(6)上方，頂部加熱器(11)設(shè)置在石墨蓋板(9)上方，所述熱交換平臺(12)通過石墨立柱(22)固定在爐體(1)底部，坩堝護(hù)板(7)的上端設(shè)置有尾氣排放孔(13)，還包括進(jìn)氣管(14)，所述進(jìn)氣管(14)依次穿過爐體(I)、保溫罩(4)、頂部加熱器(11)、石墨蓋板(9)后伸入坩堝(6)內(nèi)，其特征在于:所述石墨蓋板(9)上設(shè)置有多個(gè)通孔(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:所述爐體(1)底部安裝有溢流毯(18)，所述溢流毯(18)為四層結(jié)構(gòu)，從上到下依次為針織陶瓷纖維毯層、針織陶瓷纖維毯層、陶瓷纖維毯層、碳?xì)謱樱鲠樋椞沾衫w維毯層的厚度為10mm、針織陶瓷纖維毯層的厚度為10mm、陶瓷纖維毪層的厚度為25mm、碳租層的厚度為10mm。
3.如權(quán)利要求2所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:所述溢流毯(18)的上表面安裝有溢流絲(19)。
4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:在相鄰的石墨立柱(22)之間均設(shè)置有溢流絲(19)。
5.如權(quán)利要求4所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:所述下托保溫板(3)上設(shè)置有多個(gè)溢流孔(20)。`
6.如權(quán)利要求5所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:所述坩堝(6)與坩堝護(hù)板(7)之間設(shè)置有碳?xì)?21)。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于:所述尾氣排放孔(13)為圓孔。
【文檔編號】C30B28/06GK103556221SQ201310564175
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】陳五奎, 李軍, 馬濤, 徐文州, 馮加保, 虎春萍 申請人:樂山新天源太陽能科技有限公司