高效多晶硅铸锭炉热交换平台及铸锭炉的制作方法

本实用新型属于高效多晶硅片的制造领域，具体涉及一种高效多晶硅铸锭炉热交换平台及采用该平台的铸锭炉。

背景技术：

在光伏领域的高效多晶硅片的制造过程中，其中铸锭技术对硅片品质有决定性作用。铸锭过程中，由于石墨热场和硅熔体高温反应，大量碳杂质进入熔体，在晶锭长晶过程中由于组分过冷或固液界面呈凹型造成熔体流动不畅不能有效推进碳杂质的偏析，进而造成碳浓度过高，从而产生碳化硅杂质点，坩埚涂层氮化硅也起到了促使作用，形成了氮化硅和碳化硅共生的杂质点。这些杂质点需要通过红外探伤，经红外成像才能看到，确定了位置大小后再行切除，该过程大大影响了铸锭的成品率，影响多晶硅锭的质量。

传统热交换平台（DS块）是个方块结构，方块各个表面都为水平面，在长晶过程中由于坩埚冷壁现象等原因容易造成坩埚内下部已经结晶的固态硅与坩埚内上部熔体状态的硅之间形成的固液界面呈〝W〞或〝凹〞形，不利于铸锭过程中的应力释放和杂质向边缘运动和偏析，从而在晶体中形成杂质点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决目前铸锭过程中硅原料过冷或熔体流动不畅等原因造成晶锭品质差、成品率低的问题，提供一种高效多晶硅铸锭炉热交换平台及铸锭炉。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

高效多晶硅铸锭炉热交换平台，包括平板，其特征在于，所述平板包括上表面、下表面和侧面，所述侧面设于上表面、下表面之间，所述下表面设有向上表面方向凹陷的凹槽，所述凹槽设于下表面中部。

本方案的热交换平台通过在下表面设置向上的凹面也就是凹槽，这样形状的热交换平台由于底部的中间部分薄、外沿厚，当长晶开始，设于坩埚外侧的保温罩打开时，坩埚底部中间的硅熔体首先形成大的过冷度而首先凝固长晶，坩埚内的硅熔体形成了和热交换平台的底部轮廓线相仿的温度曲线与固液界面。随着隔热笼不断的打开，固液界面保持着〝凸〞向上推进，由于凸型的固液界面使晶体生长过程中的热应力得到很好的释放，晶体在切片和制作太阳电池的工艺中碎片率得到降低。同时凸型的固液界面使杂质因偏析原理向坩埚壁移动而被推出不至于被固相吞没而包裹形成异质点。

进一步，所述平板为方形或者圆饼状结构。

进一步，凹槽的截面为圆弧，所述圆弧为劣弧。凹槽呈向上凹陷的圆弧形，使得热交换平台的中部位置厚度最薄，最利于长晶过程中，隔热笼逐渐打开，坩埚内靠近底部中心的硅熔体的速冷，获得更大的过冷度，因此底部中心的硅熔体首先凝固长晶，使晶体生长过程中的热应力得到良好有效的释放。

进一步，所述凹槽的外边缘与侧面不接触。位于凹槽的外边缘与侧面之间的下表面用于安装时的支撑柱接触，避免支撑柱直接与凹槽顶触，使得凹槽内空间散热不均，影响长晶效果。

进一步，凹槽的最大深度小于或等于平板高度的1/2。避免凹槽过深，造成整个热交换平台的强度不够。

进一步，凹槽的表面形状为圆形、椭圆形、矩形中的一种。

更进一步，所述凹槽的外边缘的最宽距离大于或等于2/3的下表面的宽度。凹槽尽可能大便于形成大的过冷度，但考虑到热交换平台的安装位置及安装强度，凹槽也不能过大，过大不利于热交换平台的安装使用。

一种采用上述高效多晶硅铸锭炉热交换平台的铸锭炉，包括炉体，其特征在于，所述炉体内设有隔热笼、坩埚、加热器、支撑柱，所述坩埚设于隔热笼内，加热器设于坩埚、隔热笼之间，所述高效多晶硅铸锭炉热交换平台设于坩埚底部，所述支撑柱设在所述高效多晶硅铸锭炉热交换平台与所述炉体的底部之间。

进一步，所述支撑柱为伸缩式。

进一步，所述隔热笼包括侧板与底板，所述侧板与底板可拆卸连接。

由于多晶铸锭过程中固液界面始终保持了微凸的形状，晶体生长过程中有效减弱了杂质的包裹现象，从对硅块红外探伤的结果看硅块内部较改进前红外透过好干净无阴影，杂质对成品率的影响由原来的1.3-3%下降到0.5%以下。电池片的碎片率由原来的0.8%降低到0.5%。同等条件下电池片的效率相对提高0.03%。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：本热交换平台的底部呈弧形掏空状，整个底部中间薄、边缘厚，中间的散热速度大于四周边缘的散热速度，使用该热交换平台的铸锭炉内的硅熔体位于中间位置的首先凝固长晶，形成向上凸起的固液界面，利于应力的释放和杂质的偏析，提高晶锭品质和成品率。

附图说明

图1是高效多晶硅铸锭炉热交换平台的示意图；

图2是图1仰视图的一种结构示意图；

图3是图1仰视图的另一种结构示意图；

图4是铸锭炉的结构示意图。

图中：1高效多晶硅铸锭炉热交换平台，10平板，11上表面，12下表面，13侧面，14凹槽，15凹槽内沿，16凹槽外边缘，17凹槽的最深度处，2炉体，3隔热笼，4坩埚，5加热器，6支撑柱，7侧板，8底板，9硅熔体，91结晶的固态多晶硅，92固液界面。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步描述说明。

实施例1

如图1所示，一种高效多晶硅铸锭炉热交换平台1，包括平板10，平板包括上表面11、下表面12，上表面与下表面之间设有侧面13，所述上表面、下表面为水平面，下表面中部凹设有一个凹槽14，凹陷的方向为朝向上表面，所述凹槽的中心与平板的中心线重合。高效多晶硅铸锭炉热交换平台的形状优选为规则的几何体。

作为一些优选的实施方式，平板10的形状选用方形或者圆饼状或者圆台状结构。凹槽14的截面为圆弧如图1所示是一个圆弧状，而且为劣弧最佳。凹槽外边缘16与侧面13不接触，只与下表面12接触，避免高效多晶硅铸锭炉热交换平台1下表面的边缘过薄，造成上部坩埚、下部的支撑柱之间的接触面积不足，支撑力不够；即图2或图3中所示，凹槽外边缘16与侧面之间留有一段距离L3，该段距离就是下表面12所在位置。凹槽的最大深度H1小于或等于平板高度H的1/2或1/3或2/3。如图2或图3所示，从高效多晶硅铸锭炉热交换平台1的下表面看，凹槽外边缘16的形状为圆形或者椭圆形或者矩形。凹槽的最宽处的长度L2大于或等于2/3的下表面的宽度L1。平板的上表面优选为水平面。

在传统的方形热交换平台的底部进行加工，掏去中间部分的石墨，掏掉部分位于热交换平台底部的的中间，呈圆弧形。这样形状的热交换平台由于中间部分薄。

实施例2

与实施例1不同的是，凹槽的截面形状也可以为三角形，也可以设置为“n”形，利于铸锭过程中的应力释放和杂质向边缘运动和偏析，避免晶体中形成杂质点。凹槽的表面均匀设置有颗粒状凸起，增大散热接触面积。

本实施例的底部呈弧形掏空结构的热交换平台，平台底部中间薄，这样中间的散热大于四周的，使得中间硅液体（硅熔体）先凝固形成向上凸起的固液界面，利于应力的释放和杂质的偏析，提高晶锭品质和成品率。

实施例3

如图4所示，一种采用上述高效多晶硅铸锭炉热交换平台的铸锭炉，炉体2内设有隔热笼3、坩埚4、加热器5、支撑柱6，坩埚4设于隔热笼3内，支撑柱6设在所述高效多晶硅铸锭炉热交换平台1与所述炉体2的底部之间，用于支撑所述热交换平台及坩埚。隔热笼3包括侧板7和底板8，底板8与侧板7下端可拆卸连接，支撑柱6穿过所述底板8连接在所述高效多晶硅铸锭炉热交换平台1与所述炉体2底部之间。本方案采用实施例1所示的高效多晶硅铸锭炉热交换平台。

采用底部带凹槽的高效多晶硅铸锭炉热交换平台，长晶过程开始，隔热笼3逐渐打开时，因底部设有弧形状的凹槽使得热交换平台的中间部分薄，硅熔体9靠近坩埚内的底部中间首先形成大的过冷度而首先凝固长晶，上部的硅熔体9与下部已经结晶的固态多晶硅91之间形成固液界面92；随着隔热笼不断的打开，固液界面保持着〝凸〞向上推进，由于凸型的固液界面使晶体生长过程中的热应力得到很好的释放，晶体在切片和制作太阳电池的工艺中碎片率得到降低。同时上“凸”型的固液界面使杂质因偏析原理向坩埚壁移动而被推出不至于被固相吞没而包裹形成异质点。

作为一个优选的方式，支撑柱的上端部与高效多晶硅铸锭炉热交换平台1的下表面11顶触，与凹槽14不接触。

实施例4

与实施例3不同的是，加热器的形状为S形或者U形或者波浪形。支撑柱6选用伸缩式，具有可调节高度的功能。

高效多晶硅铸锭炉热交换平台1的尺寸可以设置为大于坩埚4的底部的尺寸，但凹槽的凹槽的最宽处的长度L2小于或等于坩埚4的底部的尺寸。支撑柱与炉体底部可拆卸连接。

以上为本实用新型的优选实施方式，并不限定本实用新型的保护范围，对于本领域技术人员根据本实用新型的设计思路做出的变形及改进，都应当视为本实用新型的保护范围之内。