一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器的制作方法

本发明涉及光伏设备铸锭技术领域，特别是涉及一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器。

背景技术：

太阳能光伏发电是新兴的可再生能源利用形式之一，近年来，太阳能光伏产业在国内外均取得了迅速的发展。光伏行业中，应用最为普遍的是晶体硅太阳能电池，包括单晶硅硅片和多晶硅硅片，多晶硅片以其产能高、成本低等优点，占据了太阳能光伏产业的主导地位。

多晶硅铸锭炉是生产太阳能级多晶硅锭的主要设备，传统铸锭炉加热器采用电阻加热，加热源为50Hz的三相交流电源，加热器运行时，除产生焦耳热为铸锭炉提供热源外，同时也会产生电磁场，电磁场穿透熔硅表面，并在其表面产生洛伦兹力，影响熔体硅对流。因此，加热器作为多晶硅铸锭炉热场的核心部件，不仅决定炉内温场分布，而且对硅熔体对流以及杂质传输等起着至关重要的作用。现有技术中，多晶硅铸锭炉加热器大多采用大周期蛇形石墨加热器，呈三角形连接环绕于坩埚护板四周，加热器电磁场在熔硅表面穿透层内产生随加热器形状周期性向上和向下的洛伦兹力，严重影响熔体对流以及长晶固液界面的稳定性。

此外，随着多晶硅铸锭炉的不断升级，G7、G8等铸锭炉逐步出现并投入生产，投料量及硅锭尺寸大大增加，这使得环绕于坩埚护板四周的侧加热器长度增加，所需加热器峰值功率也随之增加。同时，铸锭炉紧凑的热场空间要求加热器厚度不宜过大，较厚的石墨加热器占据较多热场空间，不仅限制了硅锭尺寸，且由于人工误差的存在，上下料时极易造成护板加热器之间碰撞，缩短加热器使用寿命。因此，在侧加热器长度及峰值功率同时增加的条件下，单层石墨侧加热器难以满足G7、G8等大尺寸铸锭炉对加热器厚度及功率的双层要求。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，平衡了G8以及更大尺寸铸锭炉对石墨侧加热器功率和厚度的双重要求。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，包括8片侧加热器单体、3个吊臂、3个电极和4块角连接板，侧加热器单体为蛇形且按每层4片构成上层侧加热器和下层侧加热器，吊臂中下段与上层侧加热器、下层侧加热器连接，使得上层侧加热器和下层侧加热器并联连接，吊臂将侧加热器分为均等的三相，电极连接于吊臂顶端，角连接板连接上层侧加热器单体和下层侧加热器单体且连接同一层内左右相邻的侧加热器单体。

技术效果：本发明将侧加热器设计为上下两层并联结构，可有效降低侧加热器的电阻，提高侧加热器的峰值功率；平衡了G8以及更大尺寸铸锭炉对石墨侧加热器功率和厚度的双重要求。

本发明进一步限定的技术方案是：

进一步的，上层侧加热器高度L1＞20mm，下层侧加热器高度L2＞20mm。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，吊臂位于上层侧加热器上方的高度D1＞20mm，吊臂位于上层侧加热器和下层侧加热器之间的高度D2＞0mm。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，侧加热器单体包括若干蛇形周期，相邻蛇形周期之间具有气体间隙，气体间隙的宽度为5～50mm。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，吊臂呈L型且其长臂中下段与上层侧加热器、下层侧加热器连接。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，角连接板呈口字型且包括左部、中部和右部，左部、右部与中部呈钝角连接，使得左部和右部分别向左右相邻侧加热器单体弯折，角连接板的四角分别与4片相邻侧加热器单体连接。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，侧加热器单体和电极均采用石墨材料制成。

前所述的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，侧加热器单体、吊臂、电极和角连接板之间均采用螺母螺杆形式进行可拆卸连接。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中侧加热器每相包含了相同加热周期，保证了加热均匀性；同时，上层侧加热器和下层侧加热器均包含紧密的蛇形周期，可有效抵消大周期蛇形加热器熔体硅表面产生的周期性向上或向下的磁场力，有效改善熔硅对流，提高固液界面的平整度；

（2）本发明中吊臂呈L型，长臂既连接了上层侧加热器，又连接了下层侧加热器，实现了上下两层侧加热器的并联，电流从上层侧加热器的下部、下层侧加热器的上部引入，保证两层侧加热器内电流的上下对称性，增强了热场均匀性；

（3）本发明中角连接板呈口字型，每块角连接板既连接了同一层内左右两片侧加热器单体，保证了单层间电流导通，又连接了上下两层侧加热器，增加了角部连接强度，防止侧加热器变形，提高侧加热器使用寿命；同时，角连接板的结构增加了其自身的电阻，保证了侧加热器角部发热均匀；

（4）本发明中侧加热器厚度减小，有效节约了热场空间，增大了坩埚护板与侧加热器之间的距离，减少了上下料时护板与加热器的碰撞，提高了热场稳定性及加热器的使用寿命；

（5）本发明中调整每层侧加热器的电阻，从而可控制上下两层侧加热器的发热功率，有效控制热场温度梯度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中吊臂结构示意图；

其中：1、侧加热器单体；2、吊臂；3、电极；4、角连接板。

具体实施方式

本实施例提供的一种分层蛇形多晶硅铸锭炉石墨侧加热器，结构如图1-2所示，包括8片侧加热器单体1、3个吊臂2、3个电极3和4块角连接板4，侧加热器单体1和电极3均采用石墨材料制成，各零部件之间均采用螺母螺杆形式进行可拆卸连接。

侧加热器单体1括若干蛇形周期，相邻蛇形周期之间具有气体间隙，气体间隙的宽度为5～50mm。按每层4片构成上层侧加热器和下层侧加热器，上层侧加热器高度L1＞20mm，下层侧加热器高度L2＞20mm。

吊臂2呈L型且其长臂中下段与上层侧加热器、下层侧加热器连接，使得上层侧加热器和下层侧加热器并联连接，吊臂2位于上层侧加热器上方的高度D1＞20mm，吊臂2位于上层侧加热器和下层侧加热器之间的高度D2＞0mm。吊臂2将侧加热器分为均等的三相，电极3连接于吊臂2顶端，角连接板4连接上层侧加热器单体1和下层侧加热器单体1且连接同一层内左右相邻的侧加热器单体1。

角连接板4呈口字型且包括左部、中部和右部，左部、右部与中部呈钝角连接，使得左部和右部分别向左右相邻侧加热器单体1弯折，角连接板4的四角分别与4片相邻侧加热器单体1连接。

本发明中侧加热器每相包含了相同加热周期，保证了加热均匀性；同时，上层侧加热器和下层侧加热器均包含紧密的蛇形周期，可有效抵消大周期蛇形加热器熔体硅表面产生的周期性向上或向下的磁场力，有效改善熔硅对流，提高固液界面的平整度；

吊臂2呈L型，长臂既连接了上层侧加热器，又连接了下层侧加热器，实现了上下两层侧加热器的并联，电流从上层侧加热器的下部、下层侧加热器的上部引入，保证两层侧加热器内电流的上下对称性，增强了热场均匀性。

角连接板4呈口字型，每块角连接板4既连接了同一层内左右两片侧加热器单体1，保证了单层间电流导通，又连接了上下两层侧加热器，增加了角部连接强度，防止侧加热器变形，提高侧加热器使用寿命；同时，角连接板4的结构增加了其自身的电阻，保证了侧加热器角部发热均匀。

侧加热器厚度减小，有效节约了热场空间，增大了坩埚护板与侧加热器之间的距离，减少了上下料时护板与加热器的碰撞，提高了热场稳定性及加热器的使用寿命。

本发明将侧加热器设计为上下两层并联结构，可有效降低侧加热器的电阻，提高侧加热器的峰值功率；平衡了G8以及更大尺寸铸锭炉对石墨侧加热器功率和厚度的双重要求。调整每层侧加热器的电阻，从而可控制上下两层侧加热器的发热功率，有效控制热场温度梯度。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。