专利名称：一种多晶硅铸锭炉的冷却方法及冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅铸锭炉的冷却方法及冷却装置。
背景技术：
现有技术中太阳能电池板主要采用多晶硅制成，然而多晶硅的制作过程是首先在铸锭炉内将硅原料加热熔化，然后对坩埚内硅原料进行降温、冷却凝固形成多晶硅锭。上述技术中生产多晶硅锭，主要包括以下几个阶段熔化、定向结晶、退火、冷却。多晶硅锭的生长过程中冷却最为重要，多采用通过调节加热器的功率，调节加热笼与底部热交换台的接触距离进行降温，以便控制硅锭生长速度和生长方向。还用通过设置循环盘管制冷装置于坩埚底部，当坩埚加热结束后，通过启动制冷装置循环冷媒主动将坩埚底部开始冷却。上述制冷方式中都无法控制坩埚的冷却位置，也无法理想控制坩埚内多晶硅的垂直液面生长方向，更不能控制多晶硅的理想生长速度，生产出来的多晶硅锭品质差，废料多，生产效率低。现有铸锭炉如图I所示，申请号为201010176628. 9的中国专利，具体公开的是双腔体隔热笼的晶硅铸锭炉。然而一种设有隔热门的多晶硅铸锭炉的冷却方法及冷却装置尚未见报导。
发明内容
为解决现有的技术问题，本发明的目的是提供一种能广出闻品质多晶娃淀的多晶硅铸锭炉的冷却方法及冷却装置。为实现上述目的本发明采用的技术方案是一种多晶硅铸锭炉的冷却方法，基于现有加热笼结构的铸锭炉，将铸锭炉内的隔热笼结构进行改进；第一步，首先在铸锭炉的隔热笼内增设一隔温门，然后将隔热笼内形成两个封闭的腔室；第二步，然后其中一个腔室内设有用于熔化硅料的坩埚及加热装置；第三步，最后在另一个腔室内设置有换热装置，通过打开隔温门对坩埚均匀降温，实现晶硅均匀生长。上述第一步中隔热门为为两个门扇或两个门扇以上的对开隔温门。上述第一步中隔温门为两两对开门扇时，每个门扇可以水平滑动打开，通过控制每个门扇的开合度以及开合时间，实现控制冷却气体传入量的多少；最终控制坩埚内熔化后原料的降温速度及降温均匀度。上述第一步中隔温门根据熔化后原料对降温均匀度及对原料降温速度的要求，将隔热门设置为三个门扇、四个门扇或者更多个门扇的对开隔温门。上述第一步中隔温门打开后，开口处可以形成长方形、正方形、圆形或者其他不规则几何图形。
一种用于多晶硅铸锭炉的冷却装置，基于现有双腔结构的铸锭炉，将加热笼内设置有一隔温门，该隔温门将加热笼分为上下两个腔室；所述上腔室为加热室，于上腔室内顶部设有上加热器，中部设有坩埚，下部设有下加热器，用于对坩埚内的硅料快速熔化；所述下腔室为制冷室，于下腔室内底部设有换热装置，用于对坩埚匀速、均匀降温，以便实现多晶硅均匀定向生长。所述上腔室内设置有一定向温度传导装置，所述定向温度传导装置设置于坩埚和下加热器之间；首先关闭隔温门，上、下加热器同时加热坩埚内的硅料；然后打开隔温门连通换热装置，并通过控制上、下加热器的功率和隔温门的开关速度、开口距离，使硅料底部温度下降形成温度梯度，控制晶硅生长的速度。所述隔温门为至少两个门扇或者两个门扇以上的对开隔温门；所述隔温门贯穿隔热笼侧壁与驱动电机连接，所述隔温门通过驱动电机驱动与隔热笼侧壁滑动配合连接。所述隔温门为多个对开门扇，每对对开门扇为一层，多对门扇可以形成两层、三层或多层结构，当两个门扇对接后，由下层门扇封闭上层对接处的间隙，确保隔温性能。所述隔温门的材质为固化碳纤维；所述换热装置采用水冷换热盘。本发明的优点是I、本发明制冷方法是将铸锭炉加设隔热门，该方法新颖、巧妙、有效将炉内冷热分隔开，并能有效的控制坩埚上下的温度梯度、控制冷却位置，便于控制多晶硅垂直生长和理想的生长速度。2、本发明制冷方法中可以将隔热门设置成两层或多层，两个门扇对开、三个门扇对开或者更多门扇对开结构，该结构更合理地起到保温的作用。3、本发明制冷装置中设有的隔热门，可以实时控制该门的开合度，该结构可以更合理地控制降温的位置，更精确地控制降温速度。
图I是现有铸锭炉结构图。图2是本发明的整体结构示意图。图3是本发明的隔温门结构示意图。图4是本发明采用四个门扇时隔温门结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附1-4对本发明的进一步详细说明；一种多晶硅铸锭炉的冷却方法，基于现有加热笼结构的铸锭炉，将铸锭炉内的隔热笼结构进行改进；第一步，首先在铸锭炉的隔热笼内增设一隔温门2，然后将隔热笼内形成两个封闭的腔室；第二步，然后其中一个腔室内设有用于熔化硅料的坩埚加热装置;第三步，最后在另一个腔室内设置有换热装置4，通过打开隔温门2对坩埚均匀降温，实现晶硅均匀生长。、
上述第一步中隔热门为两个门扇或两个门扇以上的对开隔温门2。上述第一步中隔温门2为两两对开门扇时，每个门扇可以水平滑动打开，通过控制每个门扇的开合度以及开合时间，实现控制冷却气体传入量的多少；最终控制坩埚内熔化后原料的降温速度及降温均匀度。上述第一步中隔温门2根据熔化后原料对降温均匀度及对原料降温速度的要求，将隔温门2设置为三个门扇、四个门扇或者更多个门扇的对开隔温门2。上述第一步中隔温门2打开后，开口处可以形成长方形、正方形、圆形或者其他不规则几何图形。 一种用于多晶硅铸锭炉的冷却装置，基于现有双腔结构的铸锭炉，将加热笼内设置有一隔温门2，该隔温门2将加热笼分为上下两个腔室；所述上腔室为加热室，于上腔室内顶部设有上加热器6，中部设有坩埚，下部设有下加热器5，用于对坩埚内的硅料快速熔化；所述下腔室为制冷室，于下腔室内底部设有换热装置4，本发明采用水冷换热盘，用于对坩埚匀速、均匀降温，以便实现多晶硅均匀定向生长。所述上腔室内设置有一定向温度传导装置I，所述定向温度传导装置I设置于坩埚和下加热器5之间；首先关闭隔温门2，上、下加热器6、5同时加热坩埚内的硅料；然后打开隔温门2连通换热装置4，并通过控制上、下加热器6、5的功率和隔温门2的开关速度、开口距离，使硅料底部温度下降形成温度梯度，控制晶硅生长的速度。所述定向温度传导装置I将上腔室分隔为两部分，一部分包括上加热器6和坩埚，另一部分包括下加热器5 ;所述定向温度传导装置I为现有产品，如采用定向送风的风扇， 定向送风的风机，定向送风的风道等。所述隔温门2为至少两个门扇或者两个门扇以上的对开隔温门2 ;所述隔温门2贯穿隔热笼侧壁与驱动电机3连接，所述隔温门2通过驱动电机3与隔热笼侧壁滑动配合连接。所述隔温门2为多个对开门扇，每对对开门扇为一层，多对门扇可以形成两层、三层或多层结构，当两个门扇对接后，由下层门扇封闭上层对接处的间隙，确保隔温性能。所述隔温门2材质为固化碳纤维；所述换热装置4采用水冷换热盘。实际生产过程中，隔温门2为一个门扇时，从一侧至另一侧打开门扇。制冷气体从制冷室一侧散入加热室，致使坩埚的温度从一侧向另一侧降低，不利于晶核在底部均匀生成；由于隔温门2打开的面积只能是全开，坩埚底部受冷过快就会在硅锭底部形成很厚的微晶，造成多晶娃淀底部废料多，品质差。为解决上述问题，所以本发明采用多层两两对开的隔温门2，两个门扇、四个门扇或更多层的多门扇组合隔温门2 ;当隔温门2为两层两两对开门扇时，隔热门的两层两两对开的门扇从中间对接。需要降温时，将隔温门2的两层两两对开门扇分别向两侧滑动打开，制冷气体从坩埚底部中间位置开始对坩埚制冷，使晶核从底部中间形成并逐渐长大，伴随开口的逐步增大，在底部会逐步形成更多的晶核并扩大，使晶核长到厘米级，随着温度逐步降低，晶核再向垂直方向均匀生长完毕。实施例采用现有多晶硅铸锭炉，熔炼450kg多晶硅铸锭，历经52小时，毛锭成品率66% ；采用本发明制冷装置后生长晶硅后，同样熔炼450kg多晶硅铸锭，历经48小时，毛锭成品率74%。生产率和成品率有较大提高。
权利要求
1.ー种多晶硅铸锭炉的冷却方法，基于现有加热笼结构的铸锭炉，其特征在于 将铸锭炉内的隔热笼结构进行改进； 第一歩，首先在铸锭炉的隔热笼内增设ー隔温门，然后将隔热笼内形成两个封闭的腔室; 第二步，然后其中一个腔室内设有用于熔化硅料的坩埚及加热装置； 第三步，最后在另ー个腔室内设置有换热装置，通过打开隔温门对坩埚均匀降温，实现晶硅均匀生长。
2.按权利要求I所述的方法，其特征在干 上述第一歩中隔热门为为两个门扇或两个门扇以上的对开隔温门。
3.按权利要求I所述的方法，其特征在干 上述第一歩中隔温门为两两对开门扇时，每个门扇可以水平滑动打开，通过控制每个门扇的开合度以及开合时间，实现控制冷却气体传入量的多少；最終控制坩埚内熔化后原料的降温速度及降温均匀度。
4.按权利要求I所述的方法，其特征在于 上述第一歩中隔温门根据熔化后原料对降温均匀度及对原料降温速度的要求，将隔热门设置为三个门扇、四个门扇或者更多个门扇的对开隔温门。
5.按权利要求I所述的方法，其特征在干 上述第一歩中隔温门打开后，开ロ处可以形成长方形、正方形、圆形或者其他不规则几何图形。
6.一种用于多晶硅铸锭炉的冷却装置，基于现有双腔结构的铸锭炉，其特征在于 将加热笼内设置有一隔温门，该隔温门将加热笼分为上下两个腔室； 所述上腔室为加热室，于上腔室内顶部设有上加热器，中部设有坩埚，下部设有下加热器，用于对坩埚内的硅料快速熔化； 所述下腔室为制冷室，于下腔室内底部设有换热装置，用于对坩埚匀速、均匀降温，以便实现多晶硅均匀定向生长。
7.按权利要求6所述的制冷装置，其特征在干 所述上腔室内设置有一定向温度传导装置，所述定向温度传导装置设置于坩埚和下加热器之间； 首先关闭隔温门，上、下加热器同时加热坩埚内的硅料； 然后打开隔温门连通换热装置，并通过控制上、下加热器的功率和隔温门的开关速度、开ロ距离，使硅料底部温度下降形成温度梯度，控制晶硅生长的速度。
8.按权利要求6所述的制冷装置，其特征在于 所述隔温门为至少两个门扇或者两个门扇以上的对开隔温门； 所述隔温门贯穿隔热笼侧壁与驱动电机连接，所述隔温门通过驱动电机驱动与隔热笼侧壁滑动配合连接。
9.按权利要求6所述的制冷装置，其特征在于 所述隔温门为多个对开门扇，每对对开门扇为ー层，多对门扇可以形成两层、三层或多层结构，当两个门扇对接后，由下层门扇封闭上层对接处的间隙，确保隔温性能。
10.按权利要求6所述的制冷装置，其特征在于所述隔温门的材质为固化碳纤维；所述换热装置采用水冷换 热盘。
全文摘要
本发明公开一种多晶硅铸锭炉的冷却方法，将现有铸锭炉内的隔热笼结构进行改进；在铸锭炉的隔热笼内增加定向温度传导装置，将隔热笼内形成两个封闭的腔室；在下腔底部设有隔热门；隔热门下面增设制冷盘；通过关闭、打开隔热门对坩埚内多晶硅料的加热熔化进行冷却结晶。当下腔室隔热门关闭时，加热器对坩埚进行加热，使多晶物料熔化；当隔热门打开时下腔与制冷盘相通，通过控制上、下腔加热功率形成温度梯度，并通过定向温度传导使熔化后的原料降温，以便多晶硅晶体定向、速度可控的结晶。该冷却方法通过隔热门，巧妙地将炉内冷热分隔开，形成上下温度梯度，通过控制隔热门的开关大小、速度来控制冷却速度；该方法结构简单，操作方便。
文档编号C30B29/06GK102732961SQ20121017879
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者樊海艳 申请人:沈阳森之洋光伏科技有限公司