一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置及多晶硅鑄錠爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置，包括進氣管及將從進氣管進來的氣體進行引導的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊與氣流擋塊，所述導流塊被構造成一個允許氣體通過的錐形腔體，所述導流塊具有相對設置的大開口端和小開口端，所述小開口端與所述進氣管相連接；所述氣流擋塊位于所述導流塊的下方且部分容置在所述錐形腔體內，所述氣流擋塊通過多個連接桿固定在所述導流塊上，所述氣流擋塊用于將通入進氣管的氣體在所述錐形腔體內被分散成從所述氣流擋塊的四周排出。所述進氣控制裝置能減少氣體在硅熔體上方的混流、降低硅錠碳含量。本實用新型還提供了包含該進氣控制裝置的多晶硅鑄錠爐。
【專利說明】
一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置及多晶硅鑄錠爐
技術領域
[0001]本實用新型涉及多晶硅生產設備技術領域，具體涉及一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置及多晶硅鑄錠爐。
【背景技術】
[0002]現代光伏產業85%以上是基于晶體硅片太陽電池，其中一半以上基于多晶硅片太陽電池。用于生產多晶硅太陽能電池的多晶硅錠通常在多晶硅鑄錠爐中采用鑄錠工藝制成。由于鑄錠爐內的碳材料(如蓋板、護板、底板等)會與石英坩禍在高溫下發生反應產生含碳氣體，如CO、CO2等，而含碳氣體會與坩禍內硅熔體反應產生含碳化合物或溶入硅熔體而帶入碳雜質，致使多晶硅中的碳含量過高，最終使制成的電池片的轉換效率低。常用的方法是在鑄錠爐頂部通入惰性氣體來排出所產生的含碳氣體。
[0003]現有技術中鑄錠爐中惰性氣體的進氣口在鑄錠爐的頂部中間位置，是對著硅液面直吹。惰性氣體吹進來后，經過護板和蓋板之間孔隙再經下部隔熱籠和下保溫板之間的排氣孔排到隔熱籠外部，然后進入爐體排氣孔排出到爐外(圖1中箭頭為氣體路徑)。氣體易于在蓋板及硅熔體之間的空間內形成混流(見圖2中畫圈部分)，含碳氣體等旋流在回旋的混流中，使碳元素被吸附及溶入硅液中，不利于雜質排除，導致多晶硅錠中C含量偏高。另外，直吹進入鑄錠爐的氣體還會對娃液表面集中沖擊，使得一個小區域過冷，對晶體質量造成不良影響。
[0004]因此，有必要提供一種減少氣體在娃恪體上方的混流、減少娃錠碳含量的多晶娃鑄錠爐進氣控制裝置。
【實用新型內容】
[0005]有鑒于此，本實用新型針對現有技術存在的缺失，其主要目的是減少氣體在硅熔體上方的混流、降低硅錠碳含量的多晶硅鑄錠爐的進出氣控制裝置。
[0006]為實現上述目的，第一方面，本實用新型提供了一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置，包括進氣管及將從進氣管進來的氣體進行引導的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊與氣流擋塊，所述導流塊被構造成一個允許氣體通過的錐形腔體，所述導流塊具有相對設置的大開口端和小開口端，所述小開口端與所述進氣管相連接;所述氣流擋塊位于所述導流塊的下方且部分容置在所述錐形腔體內，所述氣流擋塊通過多個連接桿固定在所述導流塊上，所述氣流擋塊用于將通入進氣管的氣體在所述錐形腔體內被分散成從所述氣流擋塊的四周排出。
[0007]其中，所述氣流擋塊上設有多個孔徑小于進氣管孔徑的出氣孔。通入進氣管的氣體在經過所述錐形腔體后部分從所述出氣孔排出。
[0008]其中，所述出氣孔的數目為3-6個。
[0009]其中，所述小開口端的開口與所述進氣管的管徑相對應。
[0010]其中，所述氣流擋塊具有相對設置的第一端和第二端，其中，所述第一端靠近所述小開口端，所述第一端距所述小開口端的高度為25-40mm。
[0011]其中，所述氣流擋塊的形狀為圓錐。
[0012]其中，所述導流塊的軸截面的底角角度為15-80°。
[0013]其中，所述導流塊的大開口端和小開口端之間的距離為100-200mm。
[0014]其中，每個所述連接桿包括相對設置的第三端和第四端，所述第三端與所述氣流擋塊相連接，所述第四端與所述導流塊的腔體相連接。
[0015]本實用新型中的多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置，包括進氣管和進氣管相連的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊與氣流擋塊，導流塊為可允許氣體通過的錐形腔體，導流部的截面沿氣流流動方向大致擴大，可以實現氣體在導流部內流動路徑的擴大;所述氣流擋塊位于所述導流塊的下方，可以阻擋大部分的氣體直接垂直吹向硅液面，對氣體進行一定程度的緩沖，大部分的氣體被引導從所述氣流擋塊的四周排出。與現有技術中直接將沿著進氣管直接垂直吹向到坩禍中的硅液面相比，本實用新型中的所述進氣控制裝置，能夠氣體減弱對硅液表面的沖擊，避免氣體在坩禍及蓋板之間的空間內形成混流，使含碳氣體能夠盡快排出，減少含碳氣體流經硅液表面時被吸附及溶入硅液的碳含量。
[0016]第二方面，本實用新型提供了一種多晶硅鑄錠爐，所述多晶硅鑄錠爐包括本實用新型第一方面提供的多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置。
[0017]采用包含所述進氣控制裝置的多晶鑄錠爐，可以減少氣體在硅熔體上方的混流，生長出來雜質較少的高質量多晶硅錠。
【附圖說明】
[0018]圖1為現有技術中多晶硅鑄錠爐的結構示意圖，I為爐體，101為爐體進氣口，102為爐體出氣口，12為進氣管，13為隔熱籠，14為坩禍，15為坩禍蓋板，16為坩禍護板，17為散熱平臺，18為下保溫板，19為頂部加熱器，箭頭為氣體路徑；
[0019]圖2為現有技術中氣流走向的氣流模擬示意圖，圓圈部分為氣體產生的漩渦混流；
[0020]圖3為本實用新型實施例中多晶硅鑄錠爐的進出氣控制裝置的結構示意圖；
[0021]圖4為本實用新型的另一實施例中導流塊的結構示意圖(圖未示出兩端的開口)；
[0022]圖5為本實用新型實施例中多晶硅鑄錠爐的結構示意圖，圓圈部分為圖3中的進出氣控制裝置22;
[0023]圖6為本實用新型實施例中氣流走向的氣流模擬示意圖，圓圈部分不產生漩渦混流。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0025]請一并參閱圖3-圖5，為本實用新型優選實施例提供的一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置及多晶硅鑄錠爐的結構示意圖。
[0026]所述進氣控制裝置22，包括進氣管221及將從進氣管進來的氣體進行引導的氣流引導組件222，所述氣流引導組件222包括導流塊201與氣流擋塊202，所述導流塊201被構造成一個允許氣體通過的錐形腔體，所述導流塊201具有相對設置的大開口端2012(圖未示出標號)和小開口端2011，所述小開口端2011與所述進氣管221相連接;所述氣流擋塊202位于所述導流塊201的下方且部分容置在所述錐形腔體內，氣流擋塊202通過多個連接桿203與所述導流塊201連接在一起，所述氣流擋塊202用于將通入進氣管的氣體在所述錐形腔體內被分散成從所述氣流擋塊202的四周排出。
[0027]本實用新型中，導流塊201被構造為錐形腔體，呈現為一端開口大、一端開口小的喇叭形，其軸截面為一梯形。可將導流塊201稱為“喇叭口”。
[0028]導流塊201的外周可以為光滑的弧面，導流塊201的外周也可以是設有多條棱的弧面(圖4示出了導流塊外周是非光滑弧面的一種情況)。導流塊201的形狀為圓臺、棱臺(如四棱臺、五棱臺等)等。
[0029]本實施例中，導流塊201的形狀為圓臺。
[0030]本實施方式中，所述小開口端2011的開口與所述進氣管221的管徑相對應。
[0031 ] 本實施例中，導流塊201的大開口端2012的直徑為210mm，小開口端2011的直徑與進氣管221的管徑相同，為127_。
[0032]經過帶錐形腔體的導流塊201的作用，從進氣管221進來的氣體會被分散，到達硅液表面的氣流不會太大，使使液相成分分布均勾，另外，被分散的氣流不會對娃液產生集中沖擊，避免凝固后的鑄錠中存在雜質富集區，利于硅晶體的生長。另外，分散的氣流可以減少氣體在坩禍、蓋板、護板之間的循環與停留，使含碳氣體能盡快排出，減少含碳氣體流經娃液表面時掉落入娃液中。
[0033]其中，所述導流塊201的軸截面的底角角度(α)為15-80°，即導流塊201形成的錐形腔體的底角角度為15-80°。
[0034]其中，所述導流塊201的軸截面的底角角度(α)為15-30°、30_45°、45_60°或60-80。。
[0035]其中，所述導流塊201的大開口端和小開口端2011之間的距離為128mm。這樣可使到達坩禍內硅液表面的氣流不會太大，且能較好低將含碳氣體排出。
[0036]進氣管221的管道可以通過卡箍或法蘭連接至呈喇叭狀的導流塊201上(與導流塊的小開口端相對連接)，以實現進氣管221與所述氣流引導組件的連接。
[0037]本實施方式中，所述氣流擋塊202上設有多個出氣孔204，出氣孔204的孔徑小于進氣管孔徑。通入進氣管的氣體在經過所述錐形腔體后部分從所述出氣孔204排出。
[0038]作為優選，所述出氣孔204對稱設置在所述氣流擋塊202上。所述出氣孔204的數目為3-6個，例如是3、4、6個。在本實施方式中，氣流擋塊202上設有3個出氣孔204。
[0039]所述氣流擋塊202的形狀不限，可以為棱錐(如三棱錐、四棱錐等)、圓錐、棱柱、棱臺、圓臺等。優選為一端大、一端小的形狀。
[0040]作為優選，氣流擋塊202具有相對設置的第一端和第二端，其中，所述第一端靠近所述小開口端2011，所述第一端距所述小開口端2011的高度為30-58mm。這樣設置，可以將通入進氣管221的氣體盡量從氣流擋塊202的四周排出，而不是沿著進氣管221直接排出。[0041 ]在本實施方式中，所述氣流擋塊202的形狀為圓錐。圓錐的頂點距小開口端2011的高度為58mm。
[0042]本實用新型中，氣流擋塊202位于導流塊201的下方，部分容置在所述錐形腔體內，占據著一部分的導流塊201的錐形腔體的空間，使氣體從氣體擋塊202的四周流過。優選地，氣流擋塊202設置在導流塊201的大開口端的正投影區域內。
[0043]其中，所述氣流擋塊202的底面與所述大開口端2012相平行，所述導流塊201的大開口端2012距所述氣流擋塊202的底面的距離為20-29mm。
[0044]優選地，所述氣流擋塊202的底面的最大邊長大于或等于所述小開口端2011的開
□ O
[0045]本實施例中，氣流擋塊202呈圓錐狀，其底面的最大邊長(即圖3中三角形的底邊長)為175mm，進氣管221的管徑為139mm。
[0046]每個所述連接桿203包括相對設置的第三端2041和第四端2042，所述第三端2041與所述氣流擋塊202的側壁相連接，所述第四端2042與所述導流塊201的腔體相連接。連接桿的第四端2042可以在所述導流塊201的錐形腔體內與所述導流塊相連接(如第四端與導流塊的側面內壁相接觸)，連接桿的第四端2042也可以在導流塊201的錐形腔體的邊緣或錐形腔體外部與導流塊201相連接，并沿這連接桿的長度方向繼續延伸。連接桿204延伸出來的部分可以支撐在坩禍蓋板25之上，并進行固定。連接桿203與氣流擋塊202、導流塊201之間的連接方式可以是焊接、螺紋連接或栓子栓住。具體來說，可以在氣流擋塊202的側面上通過連接桿203栓在導流塊201的腔體內。可以在氣流擋塊202、導流塊201上分別設置螺紋孔，以分別與連接桿203的兩端進行螺紋連接，也可以將連接桿203的兩端分別焊接在導流塊201的腔體上、氣流擋塊202的側壁上。
[0047]連接桿203并不對氣體起阻擋作用，氣體均可從連接桿203流過。
[0048]作為優選，在所述氣流擋塊202的四周對稱地設置多個連接桿203，以便實現將氣流擋塊與導流塊之間更穩固的連接。設置的連接桿的數目可以為2、3、4或6。本實施例中，示出了 2個連接桿。
[0049]本實用新型中的多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置22，包括進氣管221和進氣管相連的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊201與氣流擋塊202，導流塊201為可允許氣體通過的錐形腔體，導流部201的截面沿氣流流動方向大致擴大，可以實現氣體在導流部內流動路徑的擴大，將從進氣管221進來的氣體分散，使到達硅液表面的氣流不會太大;所述氣流擋塊202位于所述導流塊201的下方，可以阻擋大部分的氣體直接垂直吹向硅液面，而將大部分的氣體被引導從所述氣流擋塊201的四周排出。另外，氣流擋塊201上還可設置有多個出氣孔204，少部分的氣體還可在通過所述導流塊201的錐形腔體后從所述出氣孔204排出。
[0050]與現有技術中直接將沿著進氣管直接垂直吹向到坩禍中的硅液面相比，本實用新型中的所述進氣控制裝置22，能夠氣體減弱對硅液表面的沖擊，避免凝固后的鑄錠中存在雜質富集區，利于硅晶體的生長。另外，還可以避免氣體在坩禍24、蓋板25、護板26之間的空間內形成混流，使含碳氣體能夠盡快排出，減少含碳氣體流經硅液表面時被吸附及溶入硅液的碳含量。在多晶鑄錠爐內采用所述進氣控制裝置，可以生長出來雜質較少的高質量多晶娃錠。
[0051]本實用新型還提供了包含上述進氣控制裝置的一種多晶硅鑄錠爐，其整體結構示意圖如圖5所示，進氣控制裝置22的結構示意見圖3。
[0052]所述多晶硅鑄錠爐包括爐體2，爐體外壁設有頂部進氣口201 (又可成為“抽氣孔”)和出氣口(圖未示出)。爐體2內設置有保溫頂板30和保溫底板28，以及位于保溫頂板30和保溫底板28之間、用于與保溫頂板30和保溫底板28共同形成密封空腔的隔熱籠23，所述隔熱籠23相對于所述保溫底板28可升降地安裝在所述爐體內。
[0053]所述密封空腔內設置有熱交換平臺27，所述熱交換平臺27用于承載放有硅料的坩禍24，所述坩禍24的上方設置有石墨蓋板25，所述坩禍24的側壁設置有坩禍護板26，所述坩禍24的底板設置有石墨底板29，所述爐體2還包括上述的多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置22，所述進氣控制裝置22依次爐體的進氣口 201、保溫頂板30、蓋板25后伸入到所述坩禍24的上方。
[0054]其中，所述密封空腔內設有用于對硅料進行加熱的加熱器，所述加熱器包括頂部加熱器31和側部加熱器32，所述頂部加熱器31設置在所述石墨蓋板25的上方，所述側部加熱器32設置在所述坩禍護板26的外側。此時，所述進氣控制裝置22依次穿過爐體的進氣口201、保溫頂板30、頂部加熱器31、蓋板25后伸入到所述坩禍24內。
[0055]本實施方式中，所述鑄錠爐還包括固定在所述爐體2內的石墨支柱33，所述熱交換平臺27固定在所述石墨支柱上。
[0056]本實用新型的多晶鑄錠爐中，石墨底板29放置在熱交換平臺27上，所述坩禍24放置在石墨底板29上。坩禍蓋板25固定在爐體2內并位于熱交換平臺27的上方，以便自頂部保護坩禍24及坩禍內的硅料。石墨支柱33位于爐體內，并固定在爐體2的底部，熱交換平臺27的兩端分別設有一個坩禍護板26，目的在于將帶硅料的坩禍24放到熱交換平臺27上時定位、防護坩禍24。頂部加熱器31和側部加熱器32位于所述隔熱籠23內以及保溫頂板30和保溫底板28之間。隔熱籠23上連接有可使隔熱籠23上下移動的升降桿(圖未示出)，以實現相對于所述保溫底板28的可升降移動。
[0057]本實用新型提供的所述多晶硅鑄錠爐，包括爐體2，爐體2上設有頂部進氣口201，爐體2內放置有容納硅料的坩禍24，所述坩禍24的上方設置有蓋板25，所述進氣控制裝置22依次爐體的進氣口 201、蓋板25后伸入到所述坩禍24的上方。所述進氣控制裝置22包括進氣管221和進氣管相連的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊201與氣流擋塊202。從進氣管25通入的氣體經過該進氣控制裝置22到達所述錐形腔體后，導流塊201可以對通入進氣管221的氣體進行擴散，氣流擋塊202可以阻擋住錐形腔體的一部分空間，使大部分的氣體引導到從所述氣流擋塊201的四周排出，排到坩禍24的上方。同時，如果氣流擋塊202上還存在少量出氣孔204，則還有少部分氣體經氣流擋塊202上的出氣孔204排出，排到坩禍24的上方。
[0058]氣體經所述進氣控制裝置22排出到坩禍24的上方后，不會對坩禍內硅液表面造成沖擊，避免在凝固后的鑄錠中存在雜質富集區，可以生長得到高質量的硅晶體。此外，對圖5中爐體內氣流走向的氣流模擬示意圖(圖6)顯示，相對于現有技術中直接將氣體沿著進氣管直接垂直吹向到坩禍而言，圖6中氣體在坩禍24、蓋板25、護板26之間的空間內沒有出現類似圖2中的渦旋、混流。氣流很順暢，氣體在坩禍24、蓋板25、護板26之間的循環與停留較短，雜質能非常流暢地帶走。含碳氣體在流經硅液表面時很少被吸附及溶入硅液中，最終制得的多晶硅錠的碳含量較低。而現有技術中的進氣控制結構僅是垂直吹向坩禍內的進氣管，在出氣方向有向上的吸力，兩個對立的力可產生渦旋混流。而本實用新型不會造成兩個對立方向的氣流走向，不會形成禍旋混流。
[0059]采用圖5中的鑄錠爐比采用圖1中的鑄錠爐得到的多晶硅錠，含碳量可降低30-50%，硅錠少子壽命提高5-10%。以上結果說明，在多晶鑄錠爐內采用所述進氣控制裝置，可以生長出來雜質較少的高質量多晶硅錠。
[0060]以上所述是本實用新型的優選實施方式，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種多晶硅鑄錠爐的進氣控制裝置，其特征在于，包括進氣管及將從進氣管進來的氣體進行引導的氣流引導組件，所述氣流引導組件包括導流塊與氣流擋塊，所述導流塊被構造成一個允許氣體通過的錐形腔體，所述導流塊具有相對設置的大開口端和小開口端，所述小開口端與所述進氣管相連接;所述氣流擋塊位于所述導流塊的下方且部分容置在所述錐形腔體內，所述氣流擋塊通過多個連接桿與所述導流塊連接在一起，所述氣流擋塊用于將通入進氣管的氣體在所述錐形腔體內被分散成從所述氣流擋塊的四周排出。2.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述氣流擋塊上設有多個孔徑小于進氣管孔徑的出氣孔。3.如權利要求2所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述出氣孔的數目為3-6個。4.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述氣流擋塊具有相對設置的第一端和第二端，其中，所述第一端靠近所述小開口端，所述第一端距所述小開口端的高度為25-40mmo5.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述小開口端的開口與所述進氣管的管徑相對應。6.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述氣流擋塊的形狀為圓錐。7.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述導流塊的軸截面的底角角度為15-80。。8.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，所述大開口端和所述小開口端之間的距離為100-200mm。9.如權利要求1所述的進氣控制裝置，其特征在于，每個所述連接桿包括相對設置的第三端和第四端，所述第三端與所述氣流擋塊相連接，所述第四端與所述導流塊的腔體相連接。10.包含如權利要求1-9任一項所述的進氣控制裝置的多晶硅鑄錠爐。
【文檔編號】C30B29/06GK205616989SQ201620183545
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月10日
【發明人】何亮, 雷琦, 李松林, 胡動力, 程小娟
【申請人】江西賽維Ldk太陽能高科技有限公司