凝固坩埚的一部分。
[0179] 实施方案34.实施方案30至33中任一项所述的方法，还包括将所述强制空气垂 直地提供到所述定向凝固坩埚的一部分。
[0180] 实施方案35.实施方案30至34中任一项所述的方法，还包括当约80%的所述第 一硅定向凝固为所述第二硅时，基本上停止定向凝固所述第一硅，包括停止冷却所述定向 凝固坩埚的一部分。
[0181] 实施方案36.实施方案30至35中任一项所述的方法，还包括利用对所述定向凝 固坩埚或模具的热分布的控制，调节所述第一硅的结晶生长速率。
[0182] 实施方案37.实施方案36所述的方法，其中调节所述结晶生长速率包括对冷却所 述一部分的定向凝固坩埚进行调节。
[0183] 实施方案38.用于定向凝固的设备，其包括：包括底部的定向凝固坩埚和冷却平 台。所述冷却平台包括第一表面，所述第一表面限定了孔，所述孔配置为接收所述定向凝固 坩埚的底部的一部分。所述定向凝固坩埚的底部包含碳化硅、石墨或其组合以及多个被配 置为散热的纹理。所述冷却平台还包括在所述第一表面下方的冷却管道入口，所述冷却管 道入口配置为接收强制空气；和冷却管道，所述冷却管道配置为将所述强制空气湍流地提 供到所述定向凝固坩埚的底部的一部分。所述设备还包括顶部加热器，所述顶部加热器包 括加热构件，所述加热构件包括加热元件或感应加热器，其中所述加热元件包含碳化硅、二 硅化钼、石墨或其组合。
[0184] 实施例
[0185] 实施例1
[0186] 将定向凝固坩埚放置在冷却平台上。将熔融硅倾倒入定向凝固坩埚中。将顶部加 热器放置在坩埚上方。将加热器设置在1450°C，持续14小时，然后关闭。六小时后，移走顶 部加热器部分，使硅冷却至室温并进行测量。结果示于图7和图8中。
[0187] 图7显示了凝固的硅的百分比关于时间的图。
[0188] 图8显示了以厘米每小时计的结晶前沿的速度关于时间的图。
[0189] 实施例2
[0190] 利用强制空气接触坩埚的底部来重复实施例1。进行测量；结果示于图9和图10 中。
[0191] 图9显示了凝固的硅的百分比关于时间的图。
[0192] 图10为以厘米每小时计的结晶前沿的速度关于时间的图。
[0193] 实施例3
[0194] 将熔融硅倾倒入定向凝固模具，并使其进行多个加热和冷却循环。加热和冷却循 环总结于表1中。利用本文所述的冷却平台实施冷却。利用本文所述的顶部加热器实施加 热。在六个分开的加热和冷却循环期间进行测量。测量总结于图11中。图11显示了温度 (°c)相对于时间（分钟）的图。上图为工艺温度，下图为在定向凝固坩埚的底部处测量的 温度。该图分为与表1中的循环数相对应的六个部分。
[0195] 表1.加热和冷却循环条件
[0196]
【主权项】
1. 用于定向凝固的设备，其包括： 包括底部的定向凝固坩埚；和 冷却平台，其包括： 第一表面，所述第一表面限定了孔，所述孔配置为接收所述定向凝固坩埚的所述底部 的一部分； 冷却管道，所述冷却管道配置为将一部分的强制空气提供到所述定向凝固坩埚的所述 底部的一部分。
2. 如权利要求1所述的设备，其中所述定向凝固坩埚的多个侧壁包含热面耐火材料。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其中所述定向凝固坩埚的所述底部包含传导性耐火 材料。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中利用所述强制空气，所述定向凝固坩埚 的所述底部的一部分以约10% /小时的速率散热。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述定向凝固坩埚的所述底部的至少 一部分包括配置为散热的多个传热片。
6. 如权利要求5所述的设备，其中所述多个传热片的至少一部分沿着所述定向凝固坩 埚的所述底部向外延伸。
7. 如权利要求5或6所述的设备，其中所述传热片包括扁钢条。
8. 如权利要求5至7中任一项所述的设备，其中所述传热片包含不锈钢。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述定向凝固坩埚的所述底部的至少 一部分包括配置为位于所述孔内的凸面。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述孔基本上接收所述定向凝固坩埚 的所述底部的中央。
11. 如权利要求1至10中任一项所述的设备，其中所述孔配置为通过允许所述坩埚基 本水平地支撑在所述冷却平台上来接收所述定向凝固坩埚的所述底部的一部分。
12. 如权利要求1至11中任一项所述的设备，其中所述孔配置为接收所述底部的约 25 %的表面积。
13. 如权利要求1至12中任一项所述的设备，其中所述孔为圆形的。
14. 如权利要求1至12中任一项所述的设备，其中所述孔为矩形的。
15. 如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中所述第一表面与第二表面分隔开以 限定所述冷却管道的矩形横截面。
16. 如权利要求1至15中任一项所述的设备，其中所述冷却管道还包括第二表面，所述 第二表面配置为与所述第一表面一起限定喷嘴，其中所述喷嘴将所述一部分的强制空气提 供到由所述孔接收的所述定向凝固坩埚的所述底部的一部分。
17. 如权利要求1至16中任一项所述的设备，其中所述冷却管道配置为将所述一部分 的强制空气基本垂直地提供到所述定向凝固坩埚的所述底部的一部分。
18. 如权利要求1至17中任一项所述的设备，其中所述冷却管道包括冷却管道入口，所 述冷却管道入口配置为向所述冷却管道提供所述强制空气。
19. 如权利要求18所述的设备，其中所述冷却管道入口包括至少一个强制空气入口， 所述强制空气入口配置为接收来自风扇的强制空气。
20. 如权利要求1至19中任一项所述的设备，其中所述冷却管道配置为以基本均匀的 方式将所述一部分的强制空气提供到所述定向凝固坩埚的所述底部的一部分。
21. 如权利要求1至20中任一项所述的设备，其中提供到所述定向凝固坩埚的所述底 部的一部分的所述一部分的强制空气是湍流的。
22. 如权利要求1至21中任一项所述的设备，其中提供到所述定向凝固坩埚的所述底 部的一部分的所述一部分的强制空气的速度为至少约16米/秒（m/s)。
23. 如权利要求1至21中任一项所述的设备，其中提供到所述定向凝固坩埚的所述底 部的一部分的所述一部分的强制空气的体积速度为至少约5000立方英尺/分钟。
24. 如权利要求18至23中任一项所述的设备，其中由所述冷却管道入口接收的所述强 制空气大约在环境温度下。
25. 如权利要求1至24中任一项所述的设备，其还包括顶部加热器，所述顶部加热器包 括至少一个加热构件，所述加热构件包括加热元件或感应加热器。
26. 如权利要求25所述的设备，其中所述顶部加热器还包括隔热体，所述隔热体包括 隔热砖、耐火物、耐火物的混合物、隔热板、陶瓷纸、高温毛或其混合物。
27. 如权利要求26所述的设备，其中所述顶部加热器还包括外套，其中所述隔热体至 少部分地设置在所述加热元件和所述顶部加热器外套之间。
28. 如权利要求27所述的设备，其中所述顶部加热器外套包含不锈钢。
29. 如权利要求1至28中任一项所述的设备，其中所述定向凝固坩埚还包括外套，其中 所述外套限定了接收所述一部分的强制空气的所述定向凝固坩埚的所述底部的一部分。
30. 用于定向凝固的方法，其包括： 提供或接收第一硅； 提供或接收包括底部的定向凝固坩埚； 提供或接收冷却平台，所述冷却平台包括： 第一表面，所述第一表面限定了孔，所述孔配置为接收所述定向凝固坩埚的所述底部 的一部分； 冷却管道，所述冷却管道配置为将强制空气提供到所述定向凝固坩埚的所述底部的一 部分； 利用所述强制空气冷却所述定向凝固坩埚的一部分；和 在所述定向凝固坩埚中定向凝固所述第一硅以提供第二硅。
31. 如权利要求30所述的方法，其还包括将加热器放置在所述定向凝固坩埚的上方， 包括将选自加热元件和感应加热器的加热构件放置在所述定向凝固坩埚的上方。
32. 如权利要求30或31所述的方法，其中所述接收包括接收来自风扇的所述强制空 气。
33. 如权利要求30至32中任一项所述的方法，还包括以湍流形式将所述强制空气提供 到所述定向凝固坩埚的一部分。
34. 如权利要求30至33中任一项所述的方法，还包括将所述强制空气垂直地提供到所 述定向凝固坩埚的一部分。
35. 如权利要求30至34中任一项所述的方法，还包括当约80%的所述第一娃定向凝 固为所述第二硅时，基本上停止定向凝固所述第一硅，包括停止冷却所述定向凝固坩埚的 一部分。
36. 如权利要求30至35中任一项所述的方法，还包括利用对所述定向凝固坩埚或模具 的热分布的控制，调节所述第一硅的结晶生长速率。
37. 如权利要求36所述的方法，其中调节所述结晶生长速率包括对冷却所述定向凝固 坩埚的一部分进行调节。
38. 用于定向凝固的设备，其包括： 包括底部的定向凝固坩埚； 冷却平台，所述冷却平台包括： 第一表面，所述第一表面限定了孔，所述孔配置为接收所述定向凝固坩埚的所述底部 的一部分，其中所述定向凝固坩埚的所述底部包含： 碳化硅、石墨或其组合；和 配置为散热的多个纹理； 在所述第一表面下方的冷却管道入口，所述冷却管道入口配置为接收强制空气；和 冷却管道，所述冷却管道配置为将所述强制空气湍流地提供到所述定向凝固坩埚的所 述底部的一部分；和 顶部加热器，所述顶部加热器包括 加热构件，所述加热构件包括加热元件或感应加热器，其中所述加热元件包含碳化娃、 二硅化钼、石墨或其组合。
【专利摘要】本发明涉及用于定向凝固硅的设备和方法。该设备可以使用冷却平台来冷却定向凝固坩埚的底部的一部分。本发明的设备和方法可以用于制造在太阳能电池中使用的硅晶体。
【IPC分类】C30B28-06, C30B11-00, C30B29-06, B22D27-04, C30B35-00
【公开号】CN104583466
【申请号】CN201380044144
【发明人】阿布达拉·奴里
【申请人】希利柯尔材料股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年6月25日
【公告号】EP2864530A1, WO2014004481A1, WO2014004481A9