多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置。一種多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置，包括石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞的熱電偶、側(cè)部加熱器和隔熱層，其特征在于石英坩堝的上部安裝有凹型加熱器，凹型加熱器與側(cè)部加熱器相連接。本實(shí)用新型構(gòu)思獨(dú)特，在多晶硅鑄錠過程中，由于凹型加熱器本身的凹形特點(diǎn)，控制頂部凹型加熱器對硅液中心進(jìn)行加熱，使其溫度接近于硅液側(cè)部溫度，從而在液相中形成正溫度梯度，凸形固液界面逐漸趨于平整固液界面，鑄錠出成率高，同時能夠改善晶粒取向并可以大大提高鑄錠效率。
【專利說明】多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于多晶硅鑄錠領(lǐng)域，特別涉及多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，這些晶粒接合起來便形成多晶硅。在太陽能光伏工業(yè)中生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的工藝包括多晶硅鑄錠、切割成片、制成電池片和封裝為太陽能組件，可見多晶硅鑄錠是太陽能光伏工業(yè)的重要組成部分，是生產(chǎn)太陽能光伏產(chǎn)品的首個環(huán)節(jié)。其中多晶硅鑄錠工藝是采用多晶硅鑄錠爐完成的，其包括步驟:1)對單質(zhì)硅進(jìn)行加熱，直至單質(zhì)硅熔化；2)冷卻使熔融的單質(zhì)硅凝固，進(jìn)行長晶；3)退火處理，并冷卻。
[0003]目前，多晶硅鑄錠工藝中，由于側(cè)部加熱器與石英坩堝相對不動，側(cè)部加熱器對石英坩堝一直處在加熱狀態(tài)，這樣就使得石英坩堝內(nèi)部中心處的硅液的溫度低于坩堝側(cè)部處溫度，使得中心處硅液先于側(cè)部凝固，從而得到的固液界面都是凸形，溫度梯度差別較大，很難得到較為水平的固液界面。得到的硅錠將會把上端雜質(zhì)切除，凸形硅錠的成品切除率比較高，從而影響了鑄錠的出成率。同時，由于難以達(dá)到溫度的橫向均勻分布，所以很不利于晶體的均勻化生長。
[0004]專利201210389622.9，公開了一種多晶硅鑄錠爐及其坩堝，包括設(shè)于爐腔內(nèi)的頂部加熱器和側(cè)面加熱器，還包括設(shè)于爐腔內(nèi)的中心加熱器，以便對坩堝內(nèi)的中部硅料進(jìn)行加熱。該發(fā)明的不足之處在于坩堝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要特殊定制；且在鑄錠過程中，中心加熱器與鑄錠必定會有粘連，不利于后期取錠與清理，硅錠很容易破損；同時，中心加熱器占用硅錠體積，取出的硅錠中心存在空孔，使切方出成率大大降低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型克服上述不足問題，提供一種多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置，在多晶硅鑄錠過程中，通過在熱場頂部使用凹型加熱器來得到更加水平的固液界面，同時在晶體長晶過程中，通過控制凹型加熱器的功率來達(dá)到硅液各處溫度的一致性，實(shí)現(xiàn)均勻化長晶過程。
[0006]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的一種多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置，包括石英坩堝外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞的熱電偶、側(cè)部加熱器和隔熱層，其特征在于石英坩堝的上部安裝有凹型加熱器，凹型加熱器與側(cè)部加熱器相連接。
[0007]凹型加熱器的曲率半徑優(yōu)選為8?9m。
[0008]凹型加熱器為左右對稱結(jié)構(gòu)，其中凹點(diǎn)位于石英坩堝中心軸上，兩側(cè)各對稱點(diǎn)溫度一致，且都低于凹點(diǎn)溫度。
[0009]本實(shí)用新型的工作原理:采用該裝置進(jìn)行多晶硅鑄錠工藝，包括裝料抽真空，加氬氣升壓，升溫保溫使硅料熔化，晶體長晶，退火冷卻降溫；其中，在晶體長晶過程中，控制裝置中坩堝溫度，使其下降到1400?1420°C，首次調(diào)節(jié)凹型加熱器的功率使硅料水平方向上各點(diǎn)間溫度差在:TC之內(nèi)；再次調(diào)節(jié)凹型加熱器功率，完成長晶。晶硅長晶之前，首次微調(diào)功率使得水平方向各點(diǎn)溫度差縮小，在長晶過程中，再次調(diào)節(jié)功率，即降低熱功率，為了使晶硅緩慢減低溫度，有利于晶體長晶。石英坩堝底端由上向下依次安裝有熱交換塊和隔熱板。熱交換塊的作用是在長晶過程中對鑄錠底部進(jìn)行散熱，隔熱板的作用是對石英坩堝進(jìn)行隔熱保溫。
[0010]本發(fā)明構(gòu)思獨(dú)特，在多晶硅鑄錠過程中，由于凹型加熱器本身的凹形特點(diǎn)，控制頂部凹型加熱器對硅液中心進(jìn)行加熱，使其溫度接近于硅液側(cè)部溫度，從而在液相中形成正溫度梯度，凸形固液界面逐漸趨于平整固液界面，鑄錠出成率高，同時能夠改善晶粒取向并可以大大提聞鑄淀效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型示意圖。
[0012]圖中，1、進(jìn)氣管2、爐體3、凹型加熱器4、隔熱層5、側(cè)部加熱器6、熱電偶7、石英坩堝8、熱交換塊9、隔熱板
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型，但本實(shí)用新型并不局限于具體實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1:
[0015]1.選擇凹型加熱器的半徑為8m,加熱器功率為168Kw。
[0016]2.將650Kg硅料裝入石英坩堝7內(nèi)，抽真空到0.1Pa,由進(jìn)氣管I通入氬氣作為保護(hù)氣，打開側(cè)部加熱器5加熱，使隔熱層4、硅料等的濕氣蒸發(fā)掉，并在2小時內(nèi)提升石英坩堝7內(nèi)溫度達(dá)到1175。。。
[0017]3.通入氬氣作為保護(hù)氣，使?fàn)t體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在400KPa，使石英坩堝7內(nèi)溫度在4小時內(nèi)到達(dá)1545°C并且保溫8小時，直至硅料全部熔化結(jié)束。
[0018]4.控制側(cè)部加熱器5，使石英坩堝7的溫度降到1400°C，首次調(diào)節(jié)凹型加熱器3的功率范圍為0?8kw，熱電偶6與電腦相連，實(shí)時監(jiān)測溫度變化，控制凹型加熱器3的功率，使得娃料水平方向上各點(diǎn)間溫度差在3°C之內(nèi)。
[0019]5.機(jī)械外力提拉隔熱層4，從熔體底部到頂部形成一個溫度梯度，長晶時間為28h，長晶過程中再次調(diào)節(jié)凹型加熱器3，將凹型加熱器3的功率控制在55kw，從而能夠得到更為水平的固液界面。
[0020]6.晶體生長完成后，晶錠在1300°C保持2h，使得晶錠的溫度均勻，從而減小熱應(yīng)力，減少位錯。
[0021]7.退火后，爐體2內(nèi)由進(jìn)氣管I通入大流量氬氣，使溫度逐漸降低到室溫，降溫速率為 60°C /h。
[0022]實(shí)施例2
[0023]1.選擇凹型加熱器的半徑為9m，加熱器功率為180Kw。
[0024]2.將750Kg硅料裝入石英坩堝I內(nèi)，抽真空到0.08Pa,由進(jìn)氣管I通入氬氣作為保護(hù)氣，打開側(cè)部加熱器5加熱，使隔熱層4、硅料等的濕氣蒸發(fā)掉，并在2小時內(nèi)提升石英坩堝7內(nèi)溫度達(dá)到1175°C。
[0025]3.通入氬氣作為保護(hù)氣，使?fàn)t體2內(nèi)壓強(qiáng)保持在400KPa，使石英坩堝7內(nèi)溫度在5小時內(nèi)到達(dá)1545°C并且保溫10小時，直至硅料全部熔化結(jié)束。
[0026]4.控制側(cè)部加熱器5，使石英坩堝7的溫度降到1400°C，首次調(diào)節(jié)凹型加熱器3的功率范圍為9?18kw，熱電偶6與電腦相連，實(shí)時監(jiān)測溫度變化，控制凹型加熱器3的功率，使得娃料水平方向上各點(diǎn)間溫度差在3°C之內(nèi)。
[0027]5.機(jī)械外力提拉隔熱層4，從熔體底部到頂部形成一個溫度梯度，長晶時間為40h，長晶過程中再次調(diào)節(jié)凹型加熱器3，將凹型加熱器3的功率控制在60kw，從而能夠得到更為水平的固液界面。
[0028]6.晶體生長完成后，晶錠在1370°C保持4h，使得晶錠的溫度均勻，從而減小熱應(yīng)力，減少位錯。
[0029]7.退火后，爐體2內(nèi)由進(jìn)氣管I通入大流量氬氣，使溫度逐漸降低到室溫，降溫速率為 80 0C /h。
[0030]綜上所述，本實(shí)用新型能夠在多晶硅鑄錠過程中，頂部凹型加熱器可以得到較為理想的固液界面，而且通過調(diào)節(jié)頂部凹型加熱器的加熱功率，使得水平方向各點(diǎn)溫度在3°C溫差范圍內(nèi)，并且在液相中形成正溫度梯度，同時能夠改善晶粒取向并可以大大提高鑄錠效率。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置，包括石英坩堝(7)外壁由內(nèi)向外依次環(huán)繞的熱電偶(6)、側(cè)部加熱器(5)和隔熱層(4)，其特征在于石英坩堝(7)的上部安裝有凹型加熱器(3)，凹型加熱器(3)與側(cè)部加熱器(5)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多晶硅鑄錠爐熱場加熱裝置，其特征在于凹型加熱器(3)的曲率半徑為8?9m。
【文檔編號】C30B29/06GK203382850SQ201320445772
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月25日
【發(fā)明者】譚毅, 熊華江, 劉東雷, 安廣野, 劉燕, 黃佳琪, 黃凱, 李左, 李鵬廷, 王峰 申請人:青島隆盛晶硅科技有限公司