一种进气排杂装置及其铸锭炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种进气排杂装置及其铸锭炉，进气排杂装置包括上盖板、穿过上盖板的导气管及带动导气管升降的升降装置，导气管连接有位于上盖板下方的出气筒，出气筒侧壁上开设有出气孔。铸锭加热后，出气筒随着坩埚内的硅液的高度升降而升降，通入导气管内的惰性气体从出气筒上的出气孔进入硅液表面区域，从而带走硅液表面的杂质气体。出气孔开设在出气筒的侧壁上保证了横排方向的气流方式，从而消除了气流对硅液表面的冲击，在铸锭长晶过程中，保证了硅液表面的排杂气流的方向，从而提高了铸锭的排杂效果。
【专利说明】一种进气排杂装置及其铸锭炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种进气排杂装置及其铸锭炉。
【背景技术】
[0002]在当今时代，越来越多的国家和政府关注能源环保问题。并提倡、鼓励企业和个人，利用清洁环保的新能源来代替传统的化石能源。晶体硅发电技术作为较成熟、应用较广的一种，占有太阳能发电的市场份额80%以上的。
[0003]在硅晶体发电领域，多晶电池由于其技术的突飞猛进，特别是高效多晶的效率逐渐逼近单晶电池效率，逐步成为晶硅电池的主流产品。因此多晶铸锭所生产的多晶电池越来越多的受主流企业和厂商所推崇。
[0004]多晶铸锭主要是通过定向凝固技术，将装满硅料的石英陶瓷坩埚放置在带有加热器的热场中，通电加热熔化，然后从坩埚底部开始降温冷却，硅液逐渐从底部向上结晶，形成自下而上的柱状晶体结构。
[0005]由于铸锭炉内的石墨材料会与二氧化硅制成的石英坩埚在高温下发生反应产生含碳气体，如0)、0)2等，而所产生的含碳气体会使多晶硅中的碳含量过高。多晶硅中碳含量过高容易导致硅溶液在定向凝固长晶过程中形成碳沉淀物、碳化硅夹杂物、位错等杂质或缺陷，这不仅会在多晶硅锭切割工艺中增加断线事故及产生线痕不良，而且还会导致制作成的电池片漏电率高、转换效率低。故常用的方法是在铸锭炉顶部通入惰性气体来排出所产生的含碳气体。请参考图1，该铸锭炉包括坩埚11与护板12，护板12顶部设置盖板13，护板12与盖板13之间具有出气口 14,盖板13上设置一根石墨长管15。该石墨长管15穿过盖板13与坩埚11内部空间导通。惰性气体从石墨长管15进入铸锭炉，并达到坩埚11上方。进入铸锭炉的气体并不能马上通过出气口 14排出热场，而是会在坩埚11、护板12、盖板13组成的结构中循环，并流经硅液的表面，使碳元素被吸附及溶入硅液中，从而造成生长出的硅锭中的碳含量高。另外，进入铸锭炉的气体还会造成气体对硅液表面集中冲击，使得一个小区域过冷，对晶体质量造成不良影响。
实用新型内容
[0006]基于此，有必要提供一种进气排杂装置及其铸锭炉，该进气排杂装置及带有进气排杂装置的多晶硅铸锭炉能够有效降低生长的硅锭的碳含量，并减弱气体对硅液表面的冲击，从而使生长的硅锭的有较高的质量。
[0007]—种进气排杂装置，所述进气排杂装置包括上盖板、穿过所述上盖板的导气管及带动所述导气管升降的升降装置，所述导气管连接有位于所述上盖板下方的出气筒，所述出气筒侧壁上开设有多个出气孔。
[0008]在其中一个实施例中，所述出气孔的大小从上到下依次增大，所述出气孔为圆孔。
[0009]在其中一个实施例中，所述出气筒的侧壁与所述上盖板垂直。
[0010]在其中一个实施例中，所述出气筒呈圆柱状或者圆锥状。[0011]在其中一个实施例中，所述导气管呈圆柱状。
[0012]在其中一个实施例中，所述导气管的升降范围是10毫米至300毫米。
[0013]一种铸锭炉，包括坩埚，还包括进气排杂装置，所述进气排杂装置位于所述坩埚上方，所述进气排杂装置包括上盖板、穿过所述上盖板的导气管及带动所述导气管升降的升降装置，所述导气管连接有位于所述上盖板下方的出气筒，所述出气筒侧壁上开设有多个出气孔。
[0014]在其中一个实施例中，所述上盖板边宽大于所述坩埚的外径。
[0015]在其中一个实施例中，所述出气筒的外径小于所述坩埚的内径。
[0016]在其中一个实施例中，所述上盖板与所述坩埚之间具有出气口。
[0017]上述进气排杂装置及其铸锭炉，出气筒连接在导气管上，且可随导气管升降。铸锭加热后，出气筒随着坩埚内的硅液的高度升降而升降，通入导气管内的惰性气体从出气筒上的出气孔进入硅液表面区域，从而带走硅液表面的杂质气体。出气孔开设在出气筒的侧壁上保证了横排方向的气流方式，从而消除了气流对硅液表面的冲击，在铸锭长晶过程中，保证了硅液表面的气流排杂方向，从而提高了铸锭的排杂效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为常用的进气排杂装置与铸锭炉配合使用示意图；
[0019]图2为本实用新型的进气排杂装置与铸锭炉示意图；
[0020]图3为本实用新型的进气排杂装置的出气筒处的放大图；
[0021]图4为铸锭炉内硅料熔化成硅液时的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0023]请参照图2、图3和图4，本实用新型的一个实施方式提供一种用于多晶硅铸锭炉的进气排杂装置。该铸锭炉内设有坩埚21，该进气排杂装置设于该坩埚21的上方。该进气排杂装置包括上盖板22、穿过该上盖板22的导气管23及带动该导气管23升降的升降装置，且导气管23连接有位于该上盖板22下方的出气筒24，出气筒24上与上盖板22相垂直的面为出气筒24的侧壁，该出气筒24的侧壁上开设有多个出气孔25。出气筒24与导气管23相连，在升降装置的作用下，跟随坩埚21内硅液26的高度实现同步升降。惰性气体从导气管23进入出气筒24，惰性气体再从出气孔25进入硅液表面区域，带走硅液26表面上的杂质气体。由于出气孔25均开设在出气筒24的侧壁上，所以保证了横排方向的气流方式，基本消除了气流对硅液26表面的冲击，在铸锭长晶过程中，保证平整的界面，从而提高硅锭的排杂效果，提高硅锭的质量。
[0024]出气筒24与导气管23相连，上盖板22穿过导气管23且位于出气筒24的上方，且固定于铸锭炉内的隔热笼的顶部。该上盖板22的边宽大于坩埚21的外径，可以防止在铸锭过程中有颗粒状的杂质掉入硅液26中。上盖板22与坩埚21不接触，使得上盖板22与坩埚21之间形成出气口 27。当惰性气体从出气孔25排除带走硅液26表面的杂质气体后，惰性气体再从该出气口 27排出到坩埚21外。在本实施方式中，上盖板22和出气筒24均采用石墨材质制成，在其他实施方式中，还可以使用CC复合材料、氮化硅等材质制成，此处不做具体限定。
[0025]出气孔25在出气筒24的侧壁上从上到下依次开设，且从上到下该出气孔25依次增大。在铸锭过程中，硅液26的高度会产生相应变化，而出气筒24则在升降装置的作用下跟踪硅液26的液面做升降运动，且靠近硅液26的出气孔25比较大，保证了横向气流量大，尽可能使惰性气体吹到硅液26四周来带走杂质气体，且自上而下的出气孔25出来的气流，防止了涡流的产生。出气筒24呈圆锥状，在圆锥状的出气筒24侧壁上开设出气孔25更加有利于杂质气体随惰性气体排除到出气筒24的周围。在其他实施方式中，出气筒24还可以是圆柱状，只要可以满足其相应的功能即可，此处不做具体限定。出气筒24的最长边宽小于坩埚21的内径，这样可以确保出气筒24随导气管23在升降装置的带动下做升降运动时，出气筒24不会碰到坩埚21内壁。出气筒24跟踪硅液26液面做升降运动时，在10至300毫米高度内进行调整。
[0026]本实用新型还提供一种铸锭炉，该多晶硅铸锭炉包括坩埚和置于坩埚21上方的进气排杂装置。该进气排杂装置可包括前述图2、图3和图4中所述实施方式中所有技术方案，其详细结构可参照前述实施方式，在此不做赘述。由于采用了前述进气排杂装置的方案，本实用新型提供的带有进气排杂装置的多晶硅铸锭炉可以有效排除硅液26表面处的杂质气体，同时还消除了气流对硅液26表面的冲击，保证了硅液26表面的排杂方向，从而提高了铸锭的排杂效果。
[0027]在多晶铸锭过程中，铸锭加热后，坩埚21内的硅料开始熔化，随着硅料熔化，高度逐渐下降，升降装置带动出气筒24也随之下降直至熔化结束，出气筒24下降到硅液26表面附近。长晶开始后，随着硅锭高度的升高，升降装置带动出气筒24随之提升，来保证出气筒24侧壁最下方出气孔25吹出的惰性气体在硅液26的表面，并能及时带走硅液26表面的杂质气体，从而保证铸锭过程中最少的杂质气体融入硅液26内部。
[0028]上述进气排杂装置及其铸锭炉，出气筒24连接在导气管23上，且可随导气管23升降。加热后，出气筒24随着坩埚21内的硅液26的高度升降而升降，通入导气管23内的惰性气体从出气筒24上的出气孔25排出从而带走硅液26表面处的杂质气体。出气孔25开设在出气筒24的侧壁上保证了横排方向的气流方式，从而消除了气流对硅液26表面的冲击，在铸锭长晶过程中，保证了硅液26表面的排杂方向，从而提高铸锭的排杂效果。
[0029]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种进气排杂装置，其特征在于，包括上盖板、穿过所述上盖板的导气管及带动所述导气管升降的升降装置，所述导气管连接有位于所述上盖板下方的出气筒，所述出气筒侧壁上开设有多个出气孔。
2.根据权利要求1所述的进气排杂装置，其特征在于，所述出气孔的大小从上到下依次增大，所述出气孔为圆孔。
3.根据权利要求1所述的进气排杂装置，其特征在于，所述出气筒的侧壁与所述上盖板垂直。
4.根据权利要求1所述的进气排杂装置，其特征在于，所述出气筒呈圆柱状或者圆锥状。
5.根据权利要求1所述的进气排杂装置，其特征在于，所述导气管呈圆柱状。
6.根据权利要求1所述的进气排杂装置，其特征在于，所述导气管的升降范围是10毫米至300毫米。
7.一种铸锭炉，包括坩埚，其特征在于，还包括进气排杂装置，所述进气排杂装置位于所述坩埚上方，所述进气排杂装置包括上盖板、穿过所述上盖板的导气管及带动所述导气管升降的升降装置，所述导气管连接有位于所述上盖板下方的出气筒，所述出气筒侧壁上开设有多个出气孔。
8.根据权利要求7所述的铸锭炉，其特征在于，所述上盖板边宽大于所述坩埚的外径。
9.根据权利要求7所述的铸锭炉，其特征在于，所述出气筒的外径小于所述坩埚的内径。
10.根据权利要求7所述的铸锭炉，其特征在于，所述上盖板与所述坩埚之间具有出气□。
【文档编号】C30B29/06GK203715787SQ201420063696
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】郭晓琛, 张帅, 游达, 郑循强, 胡亚兰, 朱常任, 程爱菊 申请人:江苏协鑫硅材料科技发展有限公司