专利名称：一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，属于太阳能光伏领域。
背景技术：
在太阳能光伏领域，铸造多晶硅作为一种低成本材料，占据了目前50%以上的商业化晶体硅太阳能电池市场。但由于铸锭过程中加热器、隔热笼以及石墨护板等大量碳材料的使用，引入大量碳杂质。高温下，石墨部件与氧、石英坩埚等发生热化学反应
产生的CO气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而
引入碳氧杂质。常规铸锭中硅锭氧的浓度为I X IO1Vcm3 I X IO1Vcm3,主要以间隙态存在呈过饱和状态。由于铸锭工艺经历了从高温到低温的热处理过程，如果氧浓度过高就容易形成热施主或氧沉淀，成为复合中心或引入复合中心的二次缺陷，导致硅材料中少数载流子寿命降低，直接影响到太阳电池的光电转换效率。此外氧与硼原子作用形成的B-O对，也会导致太阳电池效率的降低；碳浓度可达IX IO1Vcm3,甚至超过碳在硅中的固溶度(4X IO1Vcm3X碳杂质可以作为氧沉淀的形成核心产生原生氧沉淀，而高浓度的碳可在硅熔体中形成SiC颗粒，影响硅锭的有效利用率。因此制备低碳低氧含量铸造多晶硅锭对于多晶硅太阳电池实现低成本高效率具有重要的意义。石英坩埚六个面全被石墨护板保护起来，如图I所示，石英坩埚上表面为石墨盖板，铸造过程中石墨盖板的位置固定不变，盖板与四周护板采用支柱的形式相连接，石墨护板正中央有一个进气孔，同时石英坩埚与上盖板之间有一定的距离以实现保护气体的导通。现有技术在产业化生产过程中的产能虽然较大，但是所得到的多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量偏高，主要原因如下由于石墨护板与石英坩埚直接接触，在高温条件下，石墨护板中的碳与石英坩埚中的二氧化硅会发生反应同时硅熔体表面也会有一氧化硅气体挥发，挥发的气体会对上盖板产生侵蚀作用，在铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体，会停留在硅熔体的自由表面而融入到硅熔体当中，融入硅熔体中的气体分子会分解为原子从而滞留在铸锭中，对后续的电池生产产生影响，虽然现有技术在石墨护板中间有惰性气体通入，在保护气体的作用下被带走，从而排除炉体外部，从而对铸锭起到保护作用，但是现有技术条件下，惰性气体并不能实现立即将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体从硅熔体表面带走，如图I所示，惰性气体会在石墨盖板与硅熔体表面产生涡流，导致气体在硅熔体表面的滞留，从而使气体进入融入到硅熔体中的几率大大增加。已有研究表明石墨护板与石英坩埚反应最为剧烈的位置是石墨护板与石英坩埚的凹角处，此处为一氧化碳以及二氧化碳气体的主要源头，同时现有盖板位置在铸造过程中是固定不变的，其与坩埚之间的间隙较大，导致产生的气体会经过上盖板与石英坩埚的空间流到硅熔体上表面与硅熔体相互作用，而且还会在硅熔体上表面产生涡流，从而增加了碳氧杂质进入硅熔体的几率。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，该铸锭炉不但能够有效地抑制高温条件下石墨护板凹角处石英坩埚与石墨护板之间的反应，还能够明显改善硅熔体表面上方气体的流动，能够将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化娃等气体迅速地带走，从而大大降低了上述气体进入过熔体的几率，能够明显改善多晶硅铸锭中碳和氧的含量。本实用新型的目的通过下述技术方案实现一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，包括石英坩埚，所述石英坩埚的外壁上设置有石墨护板，石英坩埚上设置有盖板，所述盖板上设置有盖板钥片；所述石墨护板上设置有护板钥片。所述护板钥片同时贴合在石墨护板的端面以及石英坩埚的外壁上；盖板钥片贴附 在盖板的底端。所述盖板钥片通过钥钉固定在盖板上。所述盖板的截面尺寸小于石英坩埚的端口内径尺寸，且盖板连接有盖板吊杆，盖板吊杆带动盖板在石英坩埚内上下移动。所示盖板四周边缘与石英坩埚内壁之间的间距相等。所述盖板采用碳-碳纤维制成。综上所述，本实用新型的有益效果是(I)、相比较常规的多晶硅铸锭生产工艺，本实用新型不但能够有效地抑制高温条件下石墨护板凹角处石英坩埚与石墨护板之间的反应，还能够明显改善硅熔体表面上方气体的流动，能够将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化娃等气体迅速地带走，从而大大降低了上述气体进入过熔体的几率，能够明显改善多晶硅铸锭中碳和氧的含量。(2)、本实用新型的结构简单，同时可以升降，深入到石英坩埚内部，在熔体熔化、长晶以及退火阶段起到节能降耗的目的，从而降低生产成本。(3)、本实用新型涉及的铸锭炉设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广，具有非常好的产业前景。
图I为常规铸锭炉内部结构示意图；图2是本实用新型的铸锭炉内部结构示意图；图3是盖板的剖视图；图4是护板钥片安装示意图；图5是图4的局部示意图；图6是实施例2的护板钥片安装示意图；图7是图6的局部示意图；图8是实施例3的护板钥片安装示意图；图9是图8的局部示意图。[0027]附图中标记及相应的零部件名称1-炉体；2_隔热笼；3_热交换台；4-支柱；5-隔热底板；6_加热器；7_盖板；8_盖板钥片；9_钥钉；10_护板钥片；11-石墨护板；
12-石英相■祸；13-石墨套管；14_娃熔体；15-盖板吊杆；16-隔热笼提升波纹管；17_隔热笼提升杆；18_盖板提升波纹管。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不仅限于此。实施例I :如图2、图3所示，一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，包括石英坩埚12，所述石英坩埚12的外壁上设置有石墨护板11，石英坩埚12上设置有盖板7，所述盖板7上设置有盖板钥片8 ;所述石墨护板11上设置有护板钥片10。所述盖板7采 用碳-碳纤维制成。盖板7由两层构成，上层为碳-碳纤维复合材料板，下层为钥薄板，盖板7的截面尺寸小于石英坩埚12的端口内径尺寸，因此可以深入到石英坩埚12内部，在硅料熔化、结晶以及退火阶段，盖板7不但可以有效降低硅熔体14中的碳和氧杂质含量，而且还可以起到节能降耗的目的，从而降低生产成本。所述护板钥片10同时贴合在石墨护板11的端面上；盖板钥片8贴附在盖板7的底端。钥薄板不但可以有效地防止高温时碳的挥发，而且最主要的是可以防止石英坩埚12与石墨护板11之间的直接接触，有效地抑制了石墨护板11凹角处与石英坩埚12的高温反应，因此可以有效地降低炉内一氧化碳和二氧化碳的含量。本实用新型中提到的盖板钥片8和护板钥片10均为现有的钥片，只是为了在本实用新型中方便区分而命名。所述盖板钥片8通过钥钉9固定在盖板7上。所示盖板7四周边缘与石英坩埚12内壁之间的间距相等，并且可以根据实际情况进行调整。所述盖板7连接有盖板吊杆15，盖板吊杆15带动盖板7在石英坩埚12在上下移动。盖板吊杆15连接有盖板提升波纹管18，设备包括铸锭炉炉体I和炉体内的隔热笼2，隔热笼2内设有石墨加热器6，石英坩埚12放于石墨加热器6中间。隔热笼2顶部中间设有保护气体通道，该通道为可伸缩的石墨套管13，可延伸至坩埚上方的盖板7的中心圆孔处。隔热笼2连接有隔热笼提升杆17，通过升降装置提升隔热笼2的位置，隔热笼提升波纹管16保证连接的紧密性。石英坩埚12安装在热交换台3上，热交换台3下方设置有隔热底板5，保证热量与地面的隔绝，支柱4支撑热交换台3。盖板7由碳-碳纤维制成，同时在盖板7的一层镶嵌一层钥薄板，同时盖板7在熔化与硅熔体14生长过程中其位置是上下可调的，采用此盖板7可以有效地降低硅熔体对盖板的侵蚀，同时采用钥薄板可以起到反射热量，保温效果好，能够起到节能降耗的目的，最重要的是此盖板7的位置变化可以有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，同时还可以有效地降低石墨护板11与石英坩埚12凹角处产生的一氧化碳和二氧化碳气体通过盖板7与石英坩埚12之间的空隙进入到硅熔体14的上表面的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量。同时，如图4、图5所示，在石英坩埚12周围四块石墨护板11与石英坩埚12的凹角处增加了高纯金属护板钥片10，金属护板钥片10在高温时可以有效地防止石墨的挥发以及阻止石墨护板11与石英坩埚12之间的反应，可以有效地抑制炉内一氧化碳和二氧化碳气体的生成。按配料、装料、将装料坩埚放入定向凝固炉中加热熔融、晶体生长、退火、冷却工序生产得到，与传统的多晶硅铸造所不同的是在硅料熔化后，当熔体硅液面降低后，盖板7可以降低到石英坩埚12内部，与熔体硅液面保持一定距离，能够起到更好地保温作用。图2给出的是熔体硅开始生长后盖板7在炉中的位置，随着熔体硅14自由表面的变化，盖板7位置也是不断变化的，在整个凝固过程中盖板7与熔体硅14之间的距离保持不变。从图2中还可以看出惰性气体同样是从中央进气管进入炉体，然后吹向硅熔体14表面，由于盖板7与硅熔体14自由表面之间的距离可以保值不变，当惰性气体压力与流量保持稳定时，整个炉内的气体流场也是稳定的，同时由于盖板7可以深入到石英坩埚12里 边，可以有效地以最快地速度将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而不会在硅熔体表面形成气体漩涡，因此可以大大降低上述气体与硅熔体表面接触的几率，同时由于盖板与石英坩埚之间的间隙的降低，石墨护板与石英坩埚反应生成的一氧化碳和二氧化碳气体进入到二者间隙的几率降低，从而可以明显改善铸造多晶硅中碳和氧的含量。新型护板的结构简单，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化大范围推广。实施例2 如图所示，实施例2与实施例I的原理以及结构基本相同，不同之处在于如图6、图7所示，在石英坩埚12周围四块石墨护板11与石英坩埚12的凹角处增加了高纯金属护板钥片10，且高纯金属护板钥片10同时设置在石墨护板11的端面以及石英坩埚12的外壁上，金属护板钥片10在高温时可以有效地防止石墨的挥发以及阻止石墨护板11与石英坩埚12之间的反应，可以有效地抑制炉内一氧化碳和二氧化碳气体的生成。实施例3 如图所示，实施例3与实施例I的原理以及结构基本相同，不同之处在于如图8、图9所示，在石英坩埚12周围四块石墨护板11与石英坩埚12的凹角处分别增加了高纯金属护板钥片10，高纯金属护板钥片10同时设置在石墨护板11的端面和石英坩埚12突出的侧壁和端面上，金属护板钥片10在高温时可以有效地防止石墨的挥发以及阻止石墨护板11与石英坩埚12之间的反应，可以有效地抑制炉内一氧化碳和二氧化碳气体的生成。护板钥片10在石墨护板11和石英坩埚12上设置多个结构，均有效地防止石墨的挥发以及阻止石墨护板11与石英坩埚12之间的反应。采取上述方式，就能较好地实现本实用新型。
权利要求1.一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，包括石英坩埚(12)，所述石英坩埚(12)的外壁上设置有石墨护板(11)，石英坩埚(12)上设置有盖板(7)，其特征在于所述盖板(7)上设置有盖板钥片(8);所述石墨护板(11)上设置有护板钥片(10)。
2.根据权利要求I所述的一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，其特征在于所述护板钥片(10)同时贴合在石墨护板(11)的端面以及石英坩埚(12)的外壁上；盖板钥片(8)贴附在盖板(7)的底端。
3.根据权利要求2所述的一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，其特征在于所述盖板钥片(8)通过钥钉(9)固定在盖板(7)上。
4.根据权利要求I所述的一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，其特征在于所述盖板(7)的截面尺寸小于石英坩埚(12)的端口内径尺寸，且盖板(7)连接有盖板吊杆(15),盖板吊杆(15)带动盖板(7)在石英i甘祸(12)内上下移动。
5.根据权利要求4所述的一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，其特征在于所示盖板(7)四周边缘与石英坩埚(12)内壁之间的间距相等。
6.根据权利要求I至5中任意一项所述的一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，其特征在于所述盖板(7)采用碳-碳纤维制成。
专利摘要本实用新型公开了一种设置有新型护板的用于制备低碳低氧多晶硅的铸锭炉，包括石英坩埚，所述石英坩埚的外壁上设置有石墨护板，石英坩埚上设置有盖板，所述盖板上设置有盖板钼片；所述石墨护板上设置有护板钼片。该铸锭炉不但能够有效地抑制高温条件下石墨护板凹角处石英坩埚与石墨护板之间的反应，还能够明显改善硅熔体表面上方气体的流动，能够将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低了上述气体进入过熔体的几率，能够明显改善多晶硅铸锭中碳和氧的含量。
文档编号C30B28/06GK202558968SQ20122021849
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者罗大伟, 王临水, 路忠林, 林洪峰, 张凤鸣 申请人:天威新能源控股有限公司, 保定天威集团有限公司