專利名稱：晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及晶硅鑄錠爐熱場結構領域，具體地說是一種晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置。
背景技術：
晶硅鑄錠爐是一種硅重熔鑄錠設備，是制備太陽能電池硅片的一個重要工藝裝備。生產時，將符合一定要求的晶硅原料盛放在坩堝內裝入爐中，按照一定的工藝要求對硅料進行加熱熔化、定向長晶、退火冷卻出爐。生產出的晶硅鑄錠再通過破方切片，得到符合要求的硅片用于制備太陽能電池。影響太陽能電池效率的因素很多，對目前太陽能電池行業，每提高電池轉換效率0. 都是非常有意義的一項技術改進。高質量的電池硅片特別對晶粒的大小、均勻性，晶粒的形態結構以及晶界雜質含量的多少要求非常高，雖然這些要求或多或少都能通過鑄錠工藝的摸索、改進有所提高，但很多時候都局限于鑄錠爐熱場結構的劣性而不能提高。本申請人多年來一直致力于晶體生長方面的研究，研發了多種類型的晶硅鑄錠爐熱場，發現熱場熱門的打開方式對晶體生長的影響尤為重要。熱場是晶硅鑄錠爐爐內核心部件的一個統稱，物理上熱場主要由置于爐體內的四方絕熱籠、布置于絕熱籠內的加熱器、用于放置盛放晶硅原料坩堝的熱交換臺、懸空于絕熱籠內用于阻隔或貫通熱交換臺與絕熱籠體外部進行散熱的熱門、置于絕熱籠外部的冷板 (或是爐壁)以及必要的測溫組件、進出氣控制系統等組成。由這些器件(零部件)在空間上構成一個物理結構，同時當加熱器升溫或降溫時，所帶來的空間上的溫度分布情況，包含不僅僅是物理結構上的意義，行業上稱之為熱場。通過設計熱交換臺和冷壁之間的位置、距離、角度、溫差，材質等因素可以形成不同特性的散熱結構，配合加熱器及爐內熱腔的設計可以形成獨特的熱場，從而完成不同要求的鑄錠過程。目前傳統晶硅鑄錠爐熱場的開合，主要有以下幾種方法1、絕熱籠上提使得熱交換臺和爐體冷壁之間形成輻射通道，簡稱側板提拉法，見
圖1。側板提拉法主要是將構成熱場的絕熱籠的四側板設計為一個運動部件，側板往下運動可以將多晶硅重熔長晶的熱場封閉起來，通電使熱場里的加熱器升溫，以加熱熔化多晶硅原材料；側板往上提升，則打開熱場腔室，暴露出熱交換臺，形成溫降梯場，通過一定的工藝步驟，實現定向長晶過程。2、隔板抽拉法，其是將構成熱場的絕熱籠的中間設置一組保溫隔熱襯板，將熱場底部的通水冷卻塊與熱交換臺隔開，當原材料完全熔化后，按一定工藝步驟抽去中間的保溫隔熱襯板，使通水冷卻塊與熱交換臺發生熱交換，形成溫降梯場，實現定向長晶過程。上述的兩種方法，雖然都能達到晶體定向生長的目的，但都存在結構復雜，能耗偏高，熱沖擊大，長晶緩慢，晶體生長質量差等問題。3、絕熱底板下移使得熱交換臺和爐體冷壁之間形成輻射通道(本申請人的專利ZL200820121103. 3)，簡稱底板升降法，見圖02。該方法是由本申請人針對側板提拉法的一些現存問題做出的技術改進。通過固定上部絕熱籠，通過擋塊改變硅錠底部、中部的溫度梯度，修正熔化和晶體生長速度。該專利的延伸產品已經得到業內廣泛認可。4、底板側向移動，熱交換臺和底部冷壁形成輻射通道，簡稱底板抽拉法，見圖3。該方法在光伏鑄錠設備中也有應用，該方法能夠得到大范圍的輻射通道，但是無法對初期成核和能耗進行控制。上述的幾種方法，各有優缺點。根據熱交換法的基本原理，輻射量的大小決定了單位時間內通過熱交換臺和冷壁之間的能量。而保證輻射量0 = S-F-A-(Th4-r/)的參數中， 若保持材料一致性，那么輻射角F和輻射面積A成為主要的可變參數，通過調整散熱區域的結構，可以起到完善熱場的作用。通過數據對比底板升降法和底板抽拉法的熱場底部輻射通道，就能明顯看出兩者之間的優劣之處。在鑄錠爐的輻射模型中，高溫石墨交換臺作為輻射源，下底面溫度標記為 Th，水冷爐壁或者水冷銅板作為輻射接受面表面溫度約為常溫，標記為1\。如圖4所示，Al面與Α4面形成的輻射角Fy表示熱交換臺對水冷爐壁的輻射通道。而Al面與Α5面形成的輻射角用F"表示，圖中形成的虛線框表示輻射腔體。圖中所示數值為一典型性特例，用以說明輻射角的變化規律。
權利要求1.晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，包括絕熱籠、置于絕熱籠內的加熱器和熱交換臺，其特征在于所述絕熱籠的下方設有一水冷板，該水冷板與絕熱籠的底部之間設有多個縱向設置的百葉片，每個百葉片上貫穿一縱向設置的轉動軸，所有的轉動軸與一驅動機構連接， 所有百葉片的軸接點位于同一水平線上，當所有的百葉片轉動至水平位置時，所述的百葉片形成一將絕熱籠底部封閉的平面板。
2.根據權利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈中軸對稱內開式分布。
3.根據權利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈中軸對稱外開式分布。
4.根據權利要求1所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的多個百葉片呈同向開式分布。
5.根據權利要求1-4任一項所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于所述的轉動軸通過夾具固定在百葉片上，夾具的材質為耐高溫的金屬或非金屬。
6.根據權利要求5所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于當所有的百葉片處于水平位置時，相鄰的百葉片之間通過臺階進行密封配合。
7.根據權利要求5所述的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置，其特征在于絕熱籠的兩側壁底部設有與位于兩端的百葉片配合使用的擋塊。
專利摘要本實用新型公開了一種晶硅鑄錠爐熱場熱門控制裝置。現有的晶硅鑄錠爐熱場熱門控制方法中，有的方法可以做好初期的成核及能耗控制，而有的方法能保證后期的晶體生長速度，目前沒有能達到兩者完美結合的方法。本實用新型的特征在于所述絕熱籠的下方設有一水冷板，該水冷板與絕熱籠的底部之間設有多個縱向設置的百葉片，每個百葉片上貫穿一縱向設置的轉動軸，所有的轉動軸與一驅動機構連接，所有百葉片的軸接點位于同一水平線上，當所有的百葉片轉動至水平位置時，所述的百葉片形成一將絕熱籠底部封閉的平面板。本實用新型采用百葉結構來控制熱門的開合，使鑄錠過程更加容易控制，既能保持低能耗的晶體生長，同時又能充分利用散熱面積。
文檔編號C30B28/06GK201962416SQ20102068191
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者任曉壢, 張瀛, 徐芳華, 王琤, 趙波, 高波 申請人:杭州精功機電研究所有限公司