專利名稱：一種鑄造多晶硅錠的熱場結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能電池用多晶硅鑄錠領域。
背景技術：
常規能源終有一天枯竭，新能源注定會等上歷史的舞臺，太陽能是用之不盡，取之不絕的能源，也被認為最有潛力的替代傳統石化能源的產品。晶體硅電池在太陽能市場中占據了 95%的份額，其中多晶硅電池在晶體硅電池占比約70%。多晶硅主要采用定向凝固的方法制得，即在封閉的熱場內部將硅料融化，然后通過底部散熱，使硅液逐漸向上凝固得到多晶硅錠。將硅錠切成厚度180um—200um尺寸為156X 156mm的硅片即可用于太陽能電池制造。當前多晶硅鑄錠爐主要以GT的提隔熱籠的方式實現底部散熱，即硅料融化完成后，坩堝和熱場底部隔熱板不動，提升側部隔熱籠打開熱場，熱量通過輻射的方式從底部散發，實現硅液由底到頂的順序凝固。該方法具有單次投料量大，制造成本較低，生產過程簡單等特點。但是該方法制得的多晶硅片體內含有大量的晶界和微缺陷，電池轉換效率較低，目前商業多晶硅太陽電池轉換效率在17.0%左右。相對低的轉換效率成為制約多晶硅太陽電池普及的主要瓶頸，雖然近幾年，太陽電池制造技術有了突飛猛進的發展，光伏發電成本也在大幅度降低，但仍然不能和火電全面抗衡，提高多晶電池效率對于實現光伏平價上網具有重要意義。
實用新型內容實用新型目的:是針對現有技術存在的不足，提供了一種能夠有效提高太陽能電池轉換效率的鑄造多晶硅錠的場熱結構。技術方案:為實現上述目的本實用新型提供了一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，包括石英坩堝、隔熱板、加熱器、隔熱層、熱交換臺，所述的石英坩堝設于熱交換臺上，所述的石英坩堝四周設有隔熱板，所述的隔熱板外側設有側隔熱層，所述的隔熱板固定在側隔熱層底部，所述的石英坩堝上部設有上隔熱層，下部設有下隔熱層，所述的隔熱板與側隔熱層中間設有側加熱器，所述的上隔熱層與石英坩堝之間設有上加熱器。所述的隔熱板為環形結構。為了防止加熱器打火及保證側加熱器熱量的利用率，所述的隔熱板其外壁與側加熱器之間的距離大于lcm，為了保證隔熱板的隔熱性能，其內壁與石英坩堝外壁之間的距離小于5cm0所述的石英坩堝外壁設有坩堝護板。(在專利審查過程中，若權利要求1有創造性，則其從屬權利要求也被視為有創造性，寫上坩堝護板也是對熱場結構的一個保護，若你覺得不必要的話可以刪除)為了保證隔熱板頂端與固液界面的相對位置，使長晶固液界面始終處在隔熱板的保護下，并且不影響加熱器對固液界面上部硅液的加熱，晶體生長過程中，隔熱板向上移動速度與晶體生長速度相近，上下移動速度為0.5-5cm。[0011]有益效果:本實用新型通過在石英坩堝四周增加的隔熱板，使長晶固液界面始終保持在隔熱板的保護下，減少加熱器對晶體生長界面的熱沖擊，使晶體生長穩定，抑制晶體缺陷的生成，從而能夠有效提聞多晶娃太陽能電池的轉換效率。本實用新型隔熱板將先凝固硅錠與加熱器隔離，使晶體生長中后期溫度梯度恒定，保持了晶體生長的連續性，減少晶體缺陷，有效提聞太陽能電池的轉換效率。本實用新型降低了坩堝橫向溫度梯度，使固液界面保持水平，有利于柱狀晶垂直生長和雜質分凝。
圖1為本實用新型和常規鑄錠電池效率分布對比；圖2為側隔熱層在閉合狀態時本實用新型的結構示意圖；圖3為側隔熱層在上升狀態時本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，應理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。實施例:如圖2-3所示，一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，包括石英坩堝1、隔熱板2、側加熱器9、隔熱層6、熱交換臺5，所述的石英坩堝I設于熱交換臺5上，其外壁設有坩堝護板12，所述的石英坩堝I四周設有隔熱板2，所述的隔熱板I外側設有側隔熱層6，兩者之間設有側加熱器9，所述的隔熱板2其外壁與側加熱器9之間的距離大于1cm，其內壁與石英坩堝I外壁之間的距離小于5cm，所述的隔熱板2固定在側隔熱層6底部，所述的石英坩堝I上部設有上隔熱層7，下部設有下隔熱層8，所述的上隔熱層7與石英坩堝I之間設有上加熱器10，所述的下隔熱層8固定于支架11上，當側隔熱層6下降時，帶動固定設于側隔熱層6上的隔熱板2同時下降，側隔熱層6與下隔熱層8相接，此時，上隔熱層7、下隔熱層8、側隔熱層6形成閉合狀態，所述的隔熱板2頂端高度位于石英坩堝I底部以下；當側隔熱層6上升時，隔熱板2隨之上升，此時，上隔熱層7、下隔熱層8、側隔熱層6形成打開狀態，隔熱板2位于上限位，隔熱板2頂端位于石英坩堝I底部以上。將裝滿硅料13的石英坩堝I放置于熱交換臺5上，當側隔熱層6下降時，帶動固定設于側隔熱層6上的隔熱板2同時下降，隔熱板2與下隔熱層8相接，此時，所述的上隔熱層7、下隔熱層8、側隔熱層6形成閉合狀態，對爐壁3空間進行抽真空，通過側加熱器9以及上加熱器10對石英坩堝I內的硅料13進行加熱，此時位于下限位的隔熱板2頂端高度位于石英坩堝I底部以下，對石英坩堝I不具有隔熱作用，待硅料13完全融化后，側隔熱層6上升，硅液13由底到頂逐漸向上凝固，熱量以輻射的方式從熱交換臺5散出，所述的隔熱板2隨側隔熱層6上升，保持隔熱板2頂端在固液界面上下2cm之間，以減少側加熱器9以及上加熱器10對晶體生長界面的熱沖擊，使晶體生長穩定，抑制晶體缺陷生成，同時，隔熱板2還能夠將先凝固硅錠與加熱器隔離，使晶體生長中后期溫度梯度恒定，保持了晶體生長的連續性，減少晶體缺陷。[0021]硅錠開方后可以看到，由底到頂晶粒生長連續性較常規錠好，晶粒取向垂直向上，將小錠用HF+HN03+H20腐蝕液腐蝕，顯示硅錠中上部缺陷密度較常規鑄錠明顯減少。取同爐臺熱場改造前整錠硅片和本實用新型鑄錠整錠硅片做效率對比，在電池生產線同時下線，電池效率對比圖如圖1所示。
權利要求1.一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，其特征在于:包括石英坩堝(I)、隔熱板(2)、側加熱器(9)、側隔熱層(6)、熱交換臺(5)，所述的石英坩堝(I)設于熱交換臺(5)上，所述的石英坩堝(I)四周設有隔熱板(2)，所述的隔熱板(I)外側設有側隔熱層(6)，隔熱板(2)固定在側隔熱層(6)底部，所述的石英坩堝(I)上部設有上隔熱層(7)，下部設有下隔熱層(8)，所述的隔熱板(2)與側隔熱層(6)中間設有側加熱器(9)，所述的上隔熱層(7)與石英坩堝(I)之間設有上加熱器(10)。
2.根據權利要求1所述的一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，其特征在于:所述的隔熱板(2)為環形結構。
3.根據權利要求1所述的一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，其特征在于:所述的隔熱板(2)其外壁與側加熱器(9)之間的距離大于1cm，其內壁與石英坩堝(I)外壁之間的距離小于 5cm。
4.根據權利要求1所述的一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，其特征在于:所述的石英坩堝(I)外壁設有坩堝護板(12)。
5.根據權利要求1所述的一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，其特征在于:所述的隔熱板(2)也可以單獨設置升降機構。
專利摘要本實用新型公開了一種鑄造多晶硅錠的熱場結構，包括石英坩堝、隔熱板、加熱器、隔熱層、熱交換臺，所述的石英坩堝設于熱交換臺上，其四周設有隔熱板，隔熱板固定在側隔熱層底部，所述的石英坩堝上下分別設有上隔熱層和下隔熱層，所述的隔熱板與側隔熱層之間設有側加熱器，所述的上隔熱層與石英坩堝之間設有上加熱器。本實用新型通過在石英坩堝四周增加的隔熱板，使長晶固液界面始終在隔熱板的保護下，減少加熱器對晶體生長界面的熱沖擊，使晶體生長穩定，抑制晶體缺陷的生成，在晶體生長過程中，減少了加熱器對已凝固硅錠的輻射，有利于結晶潛熱通過凝固部分傳遞到熱交換臺，有利于晶粒垂直生長，從而能夠有效提高多晶硅太陽能電池的轉換效率。
文檔編號C30B28/06GK203065636SQ20132002510
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者孫海知, 邢國強, 郭寬新, 潘歡歡, 宋江 申請人:奧特斯維能源(太倉)有限公司