改进型多晶硅铸锭炉的制作方法

本实用新型属于多晶硅生产设备技术领域，具体地说，尤其涉及一种改进型多晶硅铸锭炉。

背景技术：

多晶硅铸锭炉内中心区域主要由石英坩埚、石墨套、坩埚平台组成，其通过特定的温度梯度，使硅料定向生长为高纯大颗粒柱状晶。由于热场结构不完善引起随机晶向晶界位错夹杂物及氧化物等缺陷并成为少数载流子的复合中心，减少了光生载流子的寿命，使得多晶硅太阳电池效率较低。传统多晶硅铸锭炉底部散热均匀，使得硅熔体中心处的等温线稀疏，温度梯度小，中心处的温度变化比边缘处缓慢，由此产生结晶界面明显上凸，过大的曲率界面，易于在硅锭中形成很高的热应力，导致硅锭开裂，进而影响切片率。

为了探究场热结构对多晶硅铸锭的影响，很多企业做了大量的研究，比如有的企业企图通过改变石英坩埚、石墨板厚度等几何参数来达到控制硅锭质量目的，有的企业企图通过喷射冷却氩气、移动隔热环改进炉体内的热场分布来控制晶体生长环境等等，但这些研究成效不明显，所以基本没有转换成研发成果投入市场使用。总言之，传统多晶硅铸锭炉结构设计不合理，热场结构不完善，硅锭质量无法得到保证。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种改进型多晶硅铸锭炉。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种改进型多晶硅铸锭炉，其包括炉体、设置在炉体上的抽气孔、设置在所述炉体内的带有升降杆的保温隔热笼，所述保温隔热笼内设置有坩埚、带有尾气排放孔的坩埚护板、石墨底板、石墨盖板、侧部加热器、顶部加热器以及进气管，所述石墨底板放置在热交换平台上，所述坩埚放置在所述石墨底板上，所述坩埚护板设置在坩埚外侧，所述侧部加热器设置在所述坩埚护板外侧，所述石墨盖板设置在所述坩埚上方，所述顶部加热器设置在石墨盖板上方，所述坩埚的底部呈波浪型，即其底部设有若干截面呈弧形状的条型凹槽，且相邻条形凹槽无间距依次等齐排列；所述热交换平台底部中间位置处设有截面呈三角形状的三角槽体，所述三角槽体两底角边缘相隔间距与所述坩埚底部宽度等宽，所述三角槽体的长度与所述条形凹槽的长度等长，所述热交换平台经石墨立柱固定在所述炉体底部。

优选地，所述条形凹槽的长度与所述坩埚的长度等长。

优选地，所述条形凹槽的凹槽深度为0.8-1.2mm，凹槽直径为1.2-2mm。

优选地，所述坩埚与坩埚护板之间设有碳毡。

优选地，所述坩埚是熔融石英坩埚。

优选地，所述三角槽体的高度为热交换平台高度的1/4-1/2。

优选地，所述炉体底部安装有溢流毯，所述溢流毯为四层结构，从上到下依次为针织陶瓷纤维毯层、针织陶瓷纤维毯层、陶瓷纤维毯层、碳毡层，所述针织陶瓷纤维层的厚度的为10mm、针织陶瓷纤维毯层的厚度为10mm、陶瓷纤维毯层的厚度为25mm、碳毡层的厚度为10mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在多晶硅铸锭中心区域采用条形凹槽状坩埚和三角槽体热交换平台组合结构模式，硅熔体结晶界面相对平坦，等温线平坦、均匀，内部等温线密集，轴向温度梯度增加，坩埚底部冷却能力增强，使得多晶硅柱状晶垂直于结晶界面生长；硅熔体对流强度增大，溶质边界层厚度减小，溶质会随着强对流分布到远端的液体区域，使溶质分布区域变大、变均匀，溶质分布区域变大、溶质边界层厚度变小，有利于阻碍结晶界面前沿发生组分过冷，进一步抑制结晶界面细晶的产生，从而得到大晶粒多晶硅，硅锭质量大幅度提高，为企业带来可观经济效益和社会效益；本实用新型改进成本低，实现容易，实用性强，可广泛应用硅锭制造商。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型内部部分结构放大图；

图3是本实用新型坩埚底部俯视图。

图中：1.炉体；2.抽气孔；3.升降杆；4.保温隔热笼；5.坩埚；6.尾气排放孔；7.坩埚护板；8.石墨底板；9.石墨盖板；10.侧部加热器；11.顶部加热器；12.进气管；13.热交换平台；14.条形凹槽；15.三角槽体；16.石墨立柱；17.溢流毯。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：

一种改进型多晶硅铸锭炉，其包括炉体1、设置在炉体1上的抽气孔2、设置在所述炉体1内的带有升降杆3的保温隔热笼4，所述保温隔热笼4内设置有坩埚5、带有尾气排放孔6的坩埚护板7、石墨底板8、石墨盖板9、侧部加热器10、顶部加热器11以及进气管12，所述石墨底板8放置在热交换平台13上，所述坩埚5放置在所述石墨底板8上，所述坩埚护板7设置在坩埚5外侧，所述侧部加热器10设置在所述坩埚护板7外侧，所述石墨盖板9设置在所述坩埚5上方，所述顶部加热器11设置在石墨盖板9上方，所述坩埚5的底部呈波浪型，即其底部设有若干截面呈弧形状的条型凹槽14，且相邻条形凹槽14无间距依次等齐排列；所述热交换平台13底部中间位置处设有截面呈三角形状的三角槽体15，所述三角槽体15两底角边缘相隔间距与所述坩埚5底部宽度等宽，所述三角槽体15的长度与所述条形凹槽14的长度等长，所述热交换平台13经石墨立柱16固定在所述炉体1底部。

优选地，所述条形凹槽14的长度与所述坩埚5的长度等长。

优选地，所述条形凹槽14的凹槽深度为0.8-1.2mm，凹槽直径为1.2-2mm。

优选地，所述坩埚5与坩埚护板7之间设有碳毡。

优选地，所述坩埚5是熔融石英坩埚。

优选地，所述三角槽体15的高度为热交换平台13高度的1/4-1/2。

优选地，所述炉体1底部安装有溢流毯17，所述溢流毯17为四层结构，从上到下依次为针织陶瓷纤维毯层、针织陶瓷纤维毯层、陶瓷纤维毯层、碳毡层，所述针织陶瓷纤维层的厚度的为10mm、针织陶瓷纤维毯层的厚度为10mm、陶瓷纤维毯层的厚度为25mm、碳毡层的厚度为10mm。

本实用新型坩埚5的底部呈波浪型，即其底部设有多个截面呈弧形状的条型凹槽14，条型凹槽14铺满整个坩埚5底部，且相邻条形凹槽14无间距依次等齐排列；位于所述坩埚5下方的热交换平台13底部中间位置处设有截面呈三角形状的三角槽体15，所述三角槽体15两底角边缘相隔间距与所述坩埚5底部宽度等宽，所述三角槽体15的长度与所述条形凹槽14的长度等长。所述条形凹槽14的凹槽深度为0.8-1.2mm，凹槽直径为1.2-2mm，所述三角槽体15的高度为热交换平台13高度的1/4-1/2。

在多晶硅定向凝固过程中，坩埚主要通过底部的热交换台进行散热，使硅熔体内形成自上而下的垂直温度梯度，这种温度梯度驱动着柱状晶的生长。本实用新型采用条形凹槽状坩埚和三角槽体热交换平台组合结构，等温线趋于平坦、均匀，内部等温线密集。这是因为坩埚底部波浪凹坑内硅熔体的导热率高于周围石英坩埚的导热率，加强了坩埚底部的热交换，硅熔体内的中心温度变化较快，温度梯度增大。同时三角槽体热交换平台13从中心到边缘厚度增加，中心处的散热加快，二者的综合作用加快了散热效果。随着温度梯度增大，硅熔体内部沿轴向方向热流密度增大，高温熔体随着热对流填充到低温区域，因此引起等温线下移，使得固液界面趋于平坦，热交换能力增强。

本实用新型在多晶硅铸锭中心区域采用条形凹槽状坩埚和三角槽体热交换平台组合结构模式，硅熔体结晶界面相对平坦，等温线平坦、均匀，内部等温线密集，轴向温度梯度增加，坩埚底部冷却能力增强，使得多晶硅柱状晶垂直于结晶界面生长；硅熔体对流强度正大，溶质边界层厚度减小，溶质会随着强对流分布到远端的液体区域，使溶质分布区域变大、变均匀，溶质分布区域变大、溶质边界层厚度变小，有利于阻碍结晶界面前沿发生组分过冷，进一步抑制结晶界面细晶的产生，从而得到大晶粒多晶硅，硅锭质量大幅度提高，为企业带来可观经济效益和社会效益；本实用新型改进成本低，实现容易，实用性强，可广泛应用硅锭制造商。

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。