大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構的制作方法
【專利摘要】本發明是一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，包括由上保溫板、下保溫板和側保溫板圍成的隔熱籠，上保溫板上設有伸入到隔熱籠內的進氣管，在隔熱籠內下部設有定向凝固塊，定向凝固塊的下部設有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝固塊上設有石墨坩堝，石墨坩堝內設有石英坩堝，在石墨坩堝的周圍設有石墨加熱器，在石墨坩堝的底部四周與側保溫板之間設有與側保溫固定的隔溫板。本發明通過對熱場內部結構，外形及尺寸重新設計和布局，使其能鑄造大尺寸硅錠，大大的提高生產產能；同時使用專門的加熱裝置和進氣裝置與鑄造大尺寸硅錠工藝相匹配，控制理想的長晶固液界面，有效排雜，減少晶體缺陷，有效提高大尺寸硅錠晶體質量。
【專利說明】大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多晶硅生產設備，特別是涉及一種太陽能光伏行業定向凝固法生 產大尺寸多晶硅錠用鑄錠爐熱場結構。
【背景技術】
[0002] 目前光伏行業發展迅速，并且市場競爭激勵，提高硅錠質量和降低生產成本成為 重中之重，大尺寸多晶硅錠成為目前發展趨勢，不斷提升多晶硅錠重量和節能降耗是下一 步降低成本的重要途徑。
[0003] 現有多晶硅鑄錠爐的熱場可生產的硅錠主要有：重量為450kg的硅錠，可開方 二十五塊硅塊的硅錠，即G5硅錠；通過縱向生長而成的硅錠。以上鑄錠重量小，出材率低， 單位耗能高，成本高。
[0004] 多晶硅鑄錠爐是用于制造多晶硅錠的設備，它是將硅料熔融后通過定向凝固冷凝 結晶，使其形成晶相一致的硅錠，從而達到太陽能電池生產對硅片品質的要求，其中長晶界 面形狀是影響大尺寸多晶硅錠晶體質量的主要原因之一，平坦或微凸的長晶界面可以得到 有效的柱狀晶，減少晶界，降低晶體中的位錯和雜質。
[0005] 多晶鑄錠過程中首先將選好的籽晶鋪到坩堝底部，再將多晶硅原料放入石英坩堝 底部，然后加熱、熔化、長晶、退火、冷卻等定向凝固法生產多晶硅錠。常規多晶硅鑄錠熱場， 溫度分布不適合，質量提升不明顯。
[0006] 現有多晶鑄錠爐設有頂部，底部加熱器，特別是G5多晶鑄錠爐，裝料量較小，其熱 場結構不利于大尺寸硅錠的生長，長晶過程的固液界面也凸凹明顯，不利于長晶過程中的 排雜，對晶體的整體質量有較大的影響。
【發明內容】
[0007] 本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種設計合理，與鑄造 大尺寸硅錠工藝相匹配的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構。
[0008] 本發明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的，本發明是一種大尺 寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：包括由上保溫板、下保溫板和側保溫板圍成的 隔熱籠，上保溫板上設有伸入到隔熱籠內的進氣管，在隔熱籠內下部設有定向凝固塊，定向 凝固塊的下部設有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝固塊上設有石墨坩堝， 石墨謝禍內設有石英謝禍，在石墨謝禍的周圍設有石墨加熱器，在石墨謝禍的底部四周與 側保溫板之間設有與側保溫固定的隔溫板。
[0009] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的石墨加熱器為片狀石墨加熱器。 [0010] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的石墨加熱器包括設在石墨坩堝上方 的若干片上石墨加熱器，設在石墨謝禍四周的若干片側石墨加熱器和設在石墨謝禍下方的 若干片下石墨加熱器；上石墨加熱器距上保溫板下表面的距離為l〇-l〇〇mm，下石墨加熱器 距定向凝固塊的距離為1〇-1〇〇臟，側石墨加熱器距側保溫板距離為20-250mm、距上石墨加 熱器的距離為50-250mm。 toon] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的上石墨加熱器和側石墨加熱器均通 過懸臂吊裝在上保溫板上，所述的下石墨加熱器通過懸臂吊裝在側保溫板上。
[0012] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的上石墨加熱器設有8 - 12片，每片上 石墨加熱器的長度均為1100 - 1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5_20mm。
[0013] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的下石墨加熱器設有6 - 8片，每片下 石墨加熱器的長度為ll〇〇_1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5_20mm。
[0014] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：在石墨坩堝的一側設有1 一 5片側石墨加熱 器，每片的長度為ll〇〇-1360mm，寬度為20-200mm，厚度為5-20mm。
[0015] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：所述的側石墨加熱器為矩形、U形、S形或蛇 形。
[0016] 本發明所要解決的技術問題還可以通過以下的技術方案來進一步實現，所述的大 尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特點是：石墨坩堝由石墨側板和石墨底板構成。
[0017] 本發明的隔熱籠的尺寸可以做得很大，擴大了熱場內部尺寸，同時增加了側部片 狀加熱器，將現有技術中的頂部、底部加熱器由圓柱形改進成片狀結構，同時實現由原來的 四周單側分散進氣變為頂部集中進氣，此種熱場可以控制較為理想的長晶固液界面，有利 于排雜。
[0018] 與現有技術相比，本發明通過對熱場內部結構，外形及尺寸重新設計和布局，使其 能鑄造大尺寸硅錠，大大的提高生產產能；同時使用專門的加熱裝置和進氣裝置與鑄造大 尺寸娃淀工藝相匹配，控制理想的長晶固液界面，有效排雜，減少晶體缺陷，有效提1?大尺 寸娃錠晶體質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明的一種結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 參照附圖1，一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，包括由上保溫板1、下保 溫板11和側保溫板12圍成的隔熱籠，隔熱籠大小根據坩堝尺寸設計。可以做成大尺寸結 構，這樣就可以擴大了熱場尺寸，可以使用大型坩堝裝料，使其增加多晶硅料重量。大尺寸 隔熱籠的側保溫板12內壁尺寸為1340mm。
[0021] 上保溫板1上設有伸入到隔熱籠內的進氣管10,上進氣方式可以改善爐內氣體循 環，有利于排雜，提商晶體質量。
[0022] 在隔熱籠內下部設有定向凝固塊7,定向凝固塊7用于支撐坩堝，同時結晶時用于 熱交換、可以輔助導熱凝固用。定向凝固塊7的下部設有若干根支撐定向凝固塊7的石墨 支撐柱8,石墨支撐柱8穿過下保溫板11與爐體的底部相固定。在定向凝固塊7上設有石 墨坩堝6,石墨坩堝6由石墨側板和石墨底板構成，石墨坩堝6內設有石英坩堝5,在石墨坩 禍6的周圍設有片狀石墨加熱器，在石墨?甘禍6的底部四周與側保溫板12之間設有與側保 溫固定的隔溫板9,隔開上下溫區，使上下溫區溫度均勻。
[0023] 所述的石墨加熱器包括設在石墨坩堝6上方的8片上石墨加熱器2,分別設在石墨 ?甘禍6四周的4片側石墨加熱器3和設在石墨?甘禍6下方的6片下石墨加熱器4 ;上石墨 加熱器2距上保溫板1下表面的距離為50臟，每片上石墨加熱器2的長度均為1200臟，寬 度為40mm，厚度為12mm。下石墨加熱器4距定向凝固塊7的距離為50mm，每片下石墨加熱 器4的長度為1200mm，寬度為40mm，厚度為12mm。使用上石墨加熱器2和下石墨加熱器4 可以使加熱范圍覆蓋廣，溫度更加均勻。
[0024] 每片側石墨加熱器3均為矩形，長度為1200mm，寬度為120mm，厚度為12mm。其距 側保溫板12距離為60mm、距上石墨加熱器2的距離為180mm。使用側石墨加熱器3,晶體熔 化時可以提高坩堝四周溫度，改善固液界面，從凹變為水平或微凸，有利于雜質排雜，提高 晶體質量。
[0025] 上石墨加熱器2和側石墨加熱器3總功率為110KW，分配比例為1?6:1。
[0026] 所述的上石墨加熱器2和側石墨加熱器3均通過懸臂吊裝在上保溫板1上，所述 的下石墨加熱器4通過懸臂吊裝在側保溫板12上。石墨加熱器為等靜壓石墨，固定石墨加 熱器的懸臂和緊固螺栓為C/C或石墨。當需要放石英坩堝5和石墨坩堝6時，上保溫板1 隨著爐蓋一起提起時，上石墨加熱器2和側石墨加熱器3也隨著上保溫板1 一起提起，即可 將放置石英坩堝5和石墨坩堝6。
【權利要求】
1. 一種大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：包括由上保溫板、下保溫 板和側保溫板圍成的隔熱籠，上保溫板上設有伸入到隔熱籠內的進氣管，在隔熱籠內下部 設有定向凝固塊，定向凝固塊的下部設有若干根支撐定向凝固塊的石墨支撐柱，在定向凝 固塊上設有石墨謝禍，石墨謝禍內設有石英謝禍，在石墨謝禍的周圍設有石墨加熱器，在石 墨坩堝的底部四周與側保溫板之間設有與側保溫固定的隔溫板。
2. 根據權利要求1所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所述的 石墨加熱器為片狀石墨加熱器。
3. 根據權利要求1或2所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所 述的石墨加熱器包括設在石墨謝禍上方的若干片上石墨加熱器，設在石墨謝禍四周的若干 片側石墨加熱器和設在石墨坩堝下方的若干片下石墨加熱器；上石墨加熱器距上保溫板下 表面的距離為l〇-l〇〇mm，下石墨加熱器距定向凝固塊的距離為l〇-l〇〇mm，側石墨加熱器距 側保溫板距離為20-250mm、距上石墨加熱器的距離為50-250mm。
4. 根據權利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所述的 上石墨加熱器和側石墨加熱器均通過懸臂吊裝在上保溫板上，所述的下石墨加熱器通過懸 臂吊裝在側保溫板上。
5. 根據權利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所述 的上石墨加熱器設有8 - 12片，每片上石墨加熱器的長度均為1100 - 1360mm，寬度為 20_200mm，厚度為 5_20mm。
6. 根據權利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所述的 下石墨加熱器設有6 - 8片，每片下石墨加熱器的長度為1100-1360mm，寬度為20-200mm， 厚度為5_20mm。
7. 根據權利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：在石墨 坩堝的一側設有1 一 5片側石墨加熱器，每片的長度為1100-1360mm，寬度為20-200mm，厚 度為 5_20mm。
8. 根據權利要求3所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：所述的 側石墨加熱器為矩形、U形、S形或蛇形。
9. 根據權利要求1所述的大尺寸硅錠多晶鑄錠爐新型熱場結構，其特征在于：石墨坩 堝由石墨側板和石墨底板構成。
【文檔編號】C30B29/06GK104195634SQ201410456107
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】唐青崗, 魏國, 吳金友, 陶勇, 楊維兵 申請人:韓華新能源科技有限公司