专利名称：多晶硅铸锭炉改进型热场结构的制作方法
技术领域：
本专利涉及一种多晶硅铸锭炉改进型热场结构，属于太阳能级多晶硅铸锭炉制造 领域。
背景技术：
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源.将成为本世纪取代煤炭、石油等 传统能源的一种新型清洁能源。由于不产生任何环境污染，而且输送和储存方便，在能源与 环保两大驱动力作用下，大阳能光电转换是近年来世界各国发展最快，最受瞩目的项目之 一，也是当今应用日益广泛的研究领域。全球光伏产业发展速度很快，人们开发的太阳能电 池，大部份选择多晶硅作为基材。而在光伏产业中，采用的多晶硅片电池片是以高纯度多晶 硅原料经定向凝固结晶、再经切片后封装加工成最终产品。多晶硅铸锭炉是一种硅的熔化后重结晶设备，用于生产太阳能级多晶硅铸锭。在 实际生产中，将高纯度多晶硅装入炉中，按工艺要求加热熔化、定向长晶、退火、冷却等步骤 后加工出炉。多晶硅熔化重结晶过程是在一个由石墨加热器、保温层等零部件组成的结构 中完成的，这个结构我们称之为热场。热场不单为多晶硅熔化提供大量的热能，在长晶过程 中又提供合理的温度梯场。使得液态的多晶硅能够从底部到上层逐步缓慢结晶凝固，长成 了大晶粒柱晶。大晶粒使得晶界减少，柱状晶有利于后续处理切片使晶界垂直于硅片表面， 减少晶界对材料电学性能的影响。而定向凝固技术正是由于其单向散热的特点，能够得到 连续生产的柱状晶凝固组织，从而得到合乎工艺要求的多晶硅晶体。现有技术用周边加热的方法生产690X690 (长X宽)规格的铸锭已非常成熟，每50 小时生产270公斤左右的多晶硅铸锭，相对来讲产能小，能耗较大。用周边和顶部加热的方 法生产840X840 (长X宽)规格的铸锭，也已经广泛应用，每65小时生产430公斤左右多晶 铸锭。但热场结构复杂，铸锭易产生微晶。
发明内容本发明的目的是提供一种设计合理，结构简单、铸锭长晶良好、成本经济的多晶硅 铸锭炉改进型热场结构，每65小时单炉生产达450公斤多晶硅铸锭。多晶硅铸锭炉改进型热场结构包括顶部隔热板、周边隔热体、底部隔热板、电极、 连接块、加热板、热交换块、立柱、吊杆、坩埚、炉体。周边隔热体用吊杆悬挂于炉体中，热交换台由数根支柱支撑，热交换块上设置了 坩埚、电极、连接块、加热板、顶部隔热板，支柱上还固定了底部隔热板。炉体由上、下两部分壳体组成，其结合部位密封良好。吊杆与炉体是滑动配合，且结合部位密封良好。这样设置，吊杆可拉动周边隔热体作升降运动，下降到底部时，可与顶部隔热板、 底部隔热板形成一个密闭的隔热腔体，在这个腔体中，热交换台由数根支柱支撑着，热交换 台上搁置着坩埚，坩埚里放置着多晶硅原材料，坩埚四周悬挂着加热板，它通过电极和连接块导电发热。整个密闭炉体所形成的一个空间结构即构成了本专利所涉及的热场结构。
为了看清内部结构，本实用新型的说明书附图全部采用了纵向剖视图。图1为多晶硅铸锭炉改进型热场结构的立体图(不包括壳体)。图2为多晶硅铸锭炉改进型热场结构的加热状态剖面图。图3为多晶硅铸锭炉改进型热场结构的保温状态剖面图。附图标记说明1顶部隔热板、2周边隔热体、3底部隔热板、4电极、5连接块、6加热板、7热交换 块、8立柱、9吊杆、10坩埚、11硅液(锭)、12炉体。
具体实施方式
下面通过附图和多晶硅生产流程来进一步说明本实用新型。实施例1 将450公斤多晶硅原料装入坩锅，放置在热交换台7上，合紧炉体12的上下壳体， 通过吊杆9放下周边隔热体2，把整个热场腔体密闭；将整个炉体内部包括热场腔室抽真 空，当达到工艺要求的真空度时，对电极4、连接块5通电，加热器6发热灼红，热量传递到 坩埚10，将盛放在坩埚10内部的多晶硅原料加热至一千五百多摄氏度。由于构成顶部隔 热板1、周边隔热体2、底部隔热板3的材料由碳硬毡特殊材料做成，具有良好的保温隔热效 能，经过十多小时保温，就可将450公斤多晶硅原料完全熔化。按照设定的工艺要求控制保 温时间与炉内气压，让原料中的杂质充分熔化、挥发或气化，用真空泵将杂质成份抽走。然 后用吊杆9将周边隔热体2缓慢提升，逐步地离开底部隔热板3，大量辐射热经由隔热腔体 下部间隙和热交换块7往炉体12内壁散发，从而使得炉体12内部上下层形成一个温差梯 度。此时，随着热交换块7温度的下降，搁置在热交换块7上的坩锅10底部温度也在下降， 导致坩锅10底部的硅液逐步发生结晶。同时，炉体12内的上部加热板6继续在加热，维持 工艺需要的保温区，下部由于散热作用，形成一个低温区。这样，在整个热场中，形成了一个 垂直的温差梯度。通过控制散热与加热，使得多晶硅的结晶凝固分界面逐步上移，最终生产 出长晶良好的高品质多晶硅铸锭。通过上述实施例可以看出，本发明的热场结构关键是在垂直方向创造了一个调控 自如的温度梯场，从而生产出高品质的大尺寸硅锭。需要指出的是，多晶硅铸锭生产能耗极 高，本发明在实际应用中经硅锭断层扫描测试，不仅能生产出优质、高产的多晶硅铸锭，同 时也大幅度降低了能耗。上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何采用简单变 换后的结构(例增减吊杆和支柱的数量、形状等)均属于本实用新型的保护范围。
权利要求多晶硅铸锭炉改进型热场结构，包括顶部隔热板(1)、周边隔热体(2)、底部隔热板(3)、电极(4)、连接块(5)、加热板(6)、热交换块(7)、立柱(8)、吊杆(9)、坩埚(10)、炉体(12)，其特征在于所述的周边隔热体(2)用吊杆(9)悬挂于炉体(12)中，热交换台(7)由数根支柱(8)支撑，热交换块(7)上设置了坩埚(10)、电极(4)、顶部隔热板(1)，支柱(8)上还固定了底部隔热板(3)。
2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉改进型热场结构，其特征在于所述的炉体 (12)由上、下两部分壳体组成，其结合部位密封良好。
3.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭炉改进型热场结构，其特征在于所述的吊杆(9) 与炉体(12)是滑动配合，且结合部位密封良好。专利摘要本实用新型涉及一种多晶硅铸锭炉内的设备，具体指多晶硅铸锭炉改进型热场结构，包括顶部隔热板、周边隔热体、底部隔热板、电极、连接块、加热板、热交换块、立柱、吊杆、坩埚、炉体。周边隔热体用吊杆悬挂于炉体中，热交换台由数根支柱支撑，上面设置了坩埚、电极、连接块、加热板、顶部隔热板，支柱上还固定了底部隔热板。吊杆与炉体是滑动配合，可拉动周边隔热体作升降运动，以关闭和开启热场，在整个热场中，形成一个垂直的温差梯度。通过控制散热与加热，使得多晶硅的结晶凝固分界面逐步上移，在垂直方向创造一个调控自如的温度梯场，生产长晶良好的、高品质多晶硅大型铸锭。
文档编号C30B28/06GK201627002SQ20102010733
公开日2010年11月10日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者卫国军, 孙海梁, 金越顺 申请人:精功绍兴太阳能技术有限公司