铸锭炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种铸锭炉。铸锭炉包括：坩埚；石墨块，设置于坩埚的底部，石墨块为横截面不变的扁柱体；底部隔热垫，底部隔热垫包括隔热垫本体和周向隔热部，隔热垫本体设置于石墨块的下方，周向隔热部从隔热垫本体的上表面向上延伸并沿隔热垫本体的周向设置。根据本实用新型的铸锭炉，可以生产出晶粒均匀，减少晶粒与晶粒之间的杂质点的硅锭。
【专利说明】铸锭炉
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种铸锭炉。
【背景技术】
[0002]提高光伏电池的转换效率和降低生产成本是光伏行业的主流方向。利用铸锭炉制备的硅锭制成的电池片的转换效率明显高于传统方法中热场、工艺没有调整且坩埚内硅料全部熔化后生长的硅锭生产的电池片，但是上述利用多晶铸锭炉生产硅锭的制备技术只能在设计复杂的热场中实现，从而导致硅锭的生产仅局限于少数多晶铸锭炉，且设备运行周期长，生产所消耗的水电气都相应的增加，降低了设备的产能，因而现有技术中的多晶铸锭炉难以推广，且因其生产成本较高，经济优势不明显，故影响铸锭炉制备硅锭技术的大规模应用。
[0003]现有技术中，铸锭炉制备硅锭需要高精准的热场和控制系统。如图1和图2所示，现有技术的铸锭炉包括底部隔热垫10和石墨块20。图1示出了现有技术的铸锭炉的结构示意图。图2示出了现有技术的铸锭炉的底部隔热垫10和设置有边缘碳条的呈台阶状的石墨块20的结构示意图。图3示出了现有技术的铸锭炉生产的硅锭30的横截面结构示意图。采用现有技术的铸锭炉生产的硅锭30，晶粒与晶粒之间存在杂质点。
实用新型内容
[0004]本实用新型旨在提供一种铸锭炉，可以生产出晶粒均匀，减少晶粒与晶粒之间的杂质点的娃锭。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种铸锭炉，铸锭炉包括:坩埚；石墨块，设置于坩埚的底部，石墨块为横截面不变的扁柱体；底部隔热垫，底部隔热垫包括隔热垫本体和周向隔热部，隔热垫本体设置于石墨块的下方，周向隔热部从隔热垫本体的上表面向上延伸并沿隔热垫本体的周向设置。
[0006]进一步地，周向隔热部为封闭的凸缘，凸缘的顶端与隔热垫本体的上表面的距离大于等于2cm且小于等于3cm。
[0007]进一步地，隔热垫本体和周向隔热部一体成型。
[0008]进一步地，石墨块的横截面为矩形截面。
[0009]进一步地，坩埚的内表面设置有氮化硅涂层。
[0010]进一步地，氮化硅涂层由氮化硅混合液喷涂形成，氮化硅混合液中氮化硅与水的比例为 650g:2800ml ο
[0011]进一步地，底部隔热垫的厚度为大于等于40mm且小于等于60mm。
[0012]应用本实用新型的技术方案，由于铸锭炉具有从隔热垫本体的上表面向上延伸并沿隔热垫本体的周向设置的周向隔热部，周向隔热部和隔热垫本体共同作用以调整热量的散出方向，因此可以使热量通过石墨块定向地垂直向下传导，从而生产出晶粒均匀，晶粒与晶粒之间的杂质点减少的娃锭，降低生产成本。【专利附图】
【附图说明】
[0013]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0014]图1示出了现有技术的铸锭炉的结构示意图；
[0015]图2示出了现有技术的铸锭炉的底部隔热垫和底板的结构示意图；
[0016]图3示出了现有技术的铸锭炉生产的硅锭的横截面结构示意图；
[0017]图4示出了根据本实用新型实施例的铸锭炉的结构示意图；
[0018]图5示出了根据本实用新型实施例的铸锭炉的底部隔热垫和石墨块的结构示意图；
[0019]图6示出了根据本实用新型实施例的铸锭炉的装有硅料的坩埚的横截面示意图；
[0020]图7示出了根据本实用新型实施例的铸锭炉生产的硅锭切方后的纵截面结构示意图；
[0021]图8示出了根据本实用新型实施例的铸锭炉生产的硅锭切方后的横截面结构示意图。
【具体实施方式】
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0023]发明人经过探索分析发现，现有技术中由于铸锭炉的热场系统底部温度较高，在长晶步骤中杂质易在晶界处沉淀，从而形成含有较多杂质点和杂质带的硅锭。因此，本申请的发明人对现有技术的铸锭炉进行改进。
[0024]如图4所示，本实用新型实施例的铸锭炉包括炉体6、设置于炉体内的坩埚1、设置于坩埚I的底部的石墨块2、底部隔热垫3、设置于炉体内的隔热笼体7、设置于隔热笼体上方的隔热保温顶板8和吊杆9。其中，隔热笼体7与隔热保温顶板8配合设置。吊杆9与隔热保温顶板8固定连接并相对炉体6可纵向移动地设置。底部隔热垫3的下方设置有支柱。支柱的一端与炉体6固定连接，支柱的另一端穿过底部隔热垫3并与石墨块2连接。
[0025]如图4所示，隔热保温顶板8、底部隔热垫3分别与隔热笼体7配合设置，从而形成热场腔室。
[0026]如图5所示，其中，石墨块2为横截面不变的扁柱体。本实施例的石墨块的横截面为矩形截面。
[0027]如图5所示，本实用新型实施例的底部隔热垫3包括隔热垫本体31和周向隔热部。其中，隔热垫本体31设置于石墨块2的下方。周向隔热部从隔热垫本体31的上表面向上延伸并沿隔热垫本体31的周向设置。
[0028]在上述设置中，石墨块2作为热量的导体可以减少多方向传导热量，更多的垂直向下传导热量。
[0029]本实施例中，优选地，周向隔热部为凸缘32。隔热笼体7的横截面为矩形截面，隔热笼体7的侧向内表面与凸缘32的侧表面间隙配合。凸缘32的顶端与隔热垫本体31的上表面的距离大于等于2cm且小于等于3cm。通过上述设置，在隔热笼体内，凸缘32 —方面可以调整热量散出方向，另一方面可增强坩埚I四周的保温效果。
[0030]本实施例中优选地，隔热垫本体31和作为周向隔热部的凸缘32—体成型。当然，在未给出的实施例中，还可以根据实际需要将隔热垫本体31和凸缘32分体设置。
[0031]本实施例中进一步优选地，底部隔热垫3的厚度为大于等于40mm且小于等于60mm。优选地底部隔热垫3的厚度为45mm。本实施例中，底部隔热垫3由碳租制成。通过上述设置，可加速坩埚I底部散热。
[0032]本实施例中，坩埚I的内表面设置有氮化硅涂层。氮化硅涂层由氮化硅混合液喷涂形成，氮化硅混合液中氮化硅与水的比例为650g:2800ml。通过上述设置，可增强脱模效果，防止硅料粘贴在坩埚I的内壁。
[0033]本实用新型的实施例还提供了一种制备硅锭的方法，该方法采用上述的铸锭炉制备多晶硅锭。
[0034]本实用新型的实施例中，制备硅锭的方法包括以下步骤:
[0035]装料步骤。
[0036]在坩埚内铺设硅料，包括在坩埚的最底部铺设颗粒直径小于等于6_的硅料从而形成小颗粒娃料层4,且小颗粒娃料层4的高度大于等于3cm且小于等于5cm,之后在小颗粒硅料层4上铺设常规粒径的硅料，本申请中的常规粒径的硅料是指不需对硅料进行尺寸方面的特别处理即可作为制备硅锭原料使用的硅料。
[0037]将铺设有上述硅料的坩埚放至石墨块上，操作控制器合紧炉体6，放下隔热笼体7，使隔热保温顶板8与隔热笼体7的上端配合设置，底部隔热垫3与隔热笼体7的下端配合设置，形成一个封闭的热场腔室。
[0038]熔化步骤。
[0039]将炉体内部包括热场腔室抽真空，当达到工艺设定的真空度时，将硅料加热至一千四百多摄氏度，使之熔化，由于隔热保温顶板8、隔热笼体7与底部隔热垫3均由保温材料制成，从而使热场腔室具有良好的保温性能。
[0040]长晶步骤。
[0041]在长晶步骤中，由于炉体内设置有加热器(图4中未示出)，加热器启动后，热场腔室与炉体的腔室之间会形成温度差，通过吊杆9将隔热笼体7提起后，隔热笼体7的下端与底部隔热垫3脱离，大量的热辐射会经由石墨块2从隔热笼体7的下端向炉体6的腔室散发，此时，坩埚I与石墨块2必然也发生热交换，从而使坩埚I底部的硅液发生结晶现象。石墨块2作为热量的导体可以减少多方向传导热量，更多的垂直向下传导热量。由于底部隔热垫3具有作为周向隔热部的凸缘32，可以调整热量的散出方向。
[0042]本实施例中优选地，熔化步骤还包括控制小颗粒硅料层4的未熔化的硅料的剩余高度为大于等于3mm且小于等于18_。进一步优选地,将小颗粒娃料层4的未熔化的娃料的剩余高度控制在IOmm左右。
[0043]图6示出了本实用新型实施例的铸锭炉的装有硅料的坩埚的横截面示意图。通过上述设置，由于在坩埚的最底部铺设小颗粒硅料层，且小颗粒硅料层的硅料在硅锭5的生长初期起到了种子作用，可保证整个生长过程中晶粒竖直向上生长。
[0044]本实施例中优选地,长晶步骤还包括控制晶段生长速度的范围为10mm/h至15mm/h。通过控制硅料的生长速率，可以改变杂质的运动速度和范围，从而将杂质排除在长晶界面之外，生产出无杂质点的硅锭。
[0045]本实施例中，通过控制熔化步骤、散热方向和长晶速度，使硅锭的结晶凝固得到有效控制，从而生广出闻品质的多晶娃淀。
[0046]通过上述方法制备的硅锭经过切方、切片后制作成的电池片的光电转换效率达到17.3%以上，称为高效硅锭。
[0047]图7示出了本实用新型实施例的铸锭炉生产的硅锭切方后的纵截面结构示意图；图8示出了本实用新型实施例的铸锭炉生产的硅锭切方后的横截面结构示意图。采用上述方法制备的硅锭5切出的硅片中，晶粒均匀，晶粒与晶粒之间无杂质带、杂质点。
[0048]利用本实用新型实施例的铸锭炉和制备硅锭的方法，随机抽取两条生产线制备的娃锭作为示例I和示例2进行分析。
[0049]示例I和示例2的硅锭制成的电池片的光电转换效率与现有技术的电池片的光电转换效率进行对比的具体数据见表1。
[0050]表1
[0051]
【权利要求】
1.一种铸锭炉，其特征在于，所述铸锭炉包括: 坩埚(I); 石墨块(2)，设置于所述坩埚(I)的底部，所述石墨块(2)为横截面不变的扁柱体；底部隔热垫(3)，所述底部隔热垫(3)包括隔热垫本体(31)和周向隔热部，所述隔热垫本体(31)设置于所述石墨块(2)的下方，所述周向隔热部从所述隔热垫本体(31)的上表面向上延伸并沿所述隔热垫本体(31)的周向设置。
2.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述周向隔热部为封闭的凸缘(32)，所述凸缘(32)的顶端与所述隔热垫本体(31)的上表面的距离大于等于2cm且小于等于3cm。
3.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述隔热垫本体(31)和所述周向隔热部一体成型。
4.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述石墨块(2)的横截面为矩形截面。
5.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述坩埚(I)的内表面设置有氮化硅涂层。
6.根据权利要求5所述的铸锭炉，其特征在于，所述氮化硅涂层由氮化硅混合液喷涂形成，所述氮化硅混合液中氮化硅与水的比例为650g:2800ml。
7.根据权利要求1所述的铸锭炉，其特征在于，所述底部隔热垫(3)的厚度为大于等于40mm且小于等于60mm。
【文档编号】C30B28/06GK203403170SQ201320504616
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】郭志丰, 陈俊玉, 姬红会 申请人:英利集团有限公司