一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置的制作方法

本实用新型属于多晶硅铸锭技术领域，尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置。

背景技术：

光伏发电是当前最重要的清洁能源之一，具有极大的发展潜力。制约光伏行业发展的关键因素，一方面是光电转化效率低，另一方面是成本偏高。光伏硅片是生产太阳能电池和组件的基本材料，用于生产光伏硅片的多晶硅纯度必须在6N级以上(即非硅杂质总含量在1ppm以下)，否则光伏电池的性能将受到很大的负面影响。近几年，多晶硅片生产技术有了显著进步，多晶铸锭技术已从G4(每个硅锭重约270公斤，可切4×4＝16个硅方)进步到G5(5×5＝25个硅方)，然后又进步到G6(6×6＝36个硅方)。并且，所生产多晶硅铸锭的单位体积逐步增大，成品率增加，且单位体积多晶硅铸锭的制造成本逐步降低。

实际生产过程中，太阳能多晶硅铸锭时，需使用石英坩埚来填装硅料，且将硅料投入石英坩埚后，通常情况下还需经预热、熔化(也称熔料)、长晶(也称定向凝固结晶)、退火、冷却等步骤，才能完成多晶硅铸锭过程。实际进行多晶硅铸锭时，熔料过程的控制不仅直接影响铸锭效率，并且会直接影响到铸锭成品的质量和成品率，熔料过程控制不好，可能导致粘埚、晶裂、纯度低等缺陷，直接影响成品率。现有多晶硅铸锭炉所采用的加热器一般都为五面加热结构，即在坩埚的顶部以及四个侧壁外侧均设置有加热器，这种五面加热方式从上而下进行热辐射，熔化效率较低，同时坩埚底部气体难以排除，使铸锭成品底部的含氧量较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过在坩埚下方增设底部加热器对坩埚内硅料进行六面加热，能解决现有多晶硅铸锭炉所采用五面加热结构存在的熔化效率较低、坩埚底部气体难以排除、铸锭成品底部的含氧量较高等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征在于：包括布设在多晶硅铸锭炉内的坩埚上方的顶部加热器、四个分别布设在坩埚的四个侧壁外侧的侧部加热器和布设在坩埚下方的底部加热器，所述坩埚为立方体坩埚；所述坩埚呈水平布设，所述顶部加热器和底部加热器均呈水平布设，四个所述侧部加热器均呈竖直向布设；所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均布设于所述多晶硅铸锭炉内。

上述一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征是：所述底部加热器固定在支撑于坩埚底部的DS块上，所述底部加热器位于DS块下方，所述底部加热器顶部与DS块底部之间的距离为0.5cm～3cm。

上述一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征是：还包括对顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器的加热功率分别进行调节的加热功率调节装置，所述顶部加热器、底部加热器和四个所述侧部加热器均与加热功率调节装置连接。

上述一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征是：所述顶部加热器通过第一电极与顶部加热电源连接，四个所述侧部加热器均通过第二电极与侧部加热电源连接，所述底部加热器通过第三电极与底部加热电源连接；所述顶部加热电源、侧部加热电源和底部加热电源均与加热功率调节装置连接，所述加热功率调节装置为对顶部加热电源、侧部加热电源和底部加热电源的输出功率分别进行调节的功率调节装置。

上述一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征是：所述底部加热器位于坩埚的正下方。

上述一种多晶硅铸锭炉用六面加热装置，其特征是：所述顶部加热器、侧部加热器和底部加热器均为电阻丝加热器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理且投入成本较低。

2、安装布设简便。

3、对现有多晶硅铸锭炉的变动较少，只需在坩埚下方增设底部加热器即可，并且底部加热器固定在支撑于坩埚底部的DS块上，固定简便。

4、顶部加热器、底部加热器和侧部加热器采用各自独立的电源，顶部加热器、底部加热器和侧部加热器能进行单独控制且三者的加热功率能分开单独进行控制，此时控制方式具有以下优点：第一、更加节能，如在长晶阶段可以减少侧部加热器的加热时间，从而达到减少加热电力的目的，同时能有效减少单位时间内冷却水带走的热量，从而间接地减少了动力制冷设备的负荷；第二、能更好地控制热场，由于顶部加热器、底部加热器和侧部加热器能进行单独控制，能简便实现顶部加热器、底部加热器和侧部加热器分开加热的目的，从而能达到有效控制热场的目的；第三、对于晶体生长过程具有很大的改善作用，有利于在多晶硅铸锭炉内部形成更均匀的垂直梯度热场，从而更好地控制长晶速率，使得长晶界面更加平缓，从而减少阴影、红区等不利因素；第四、能有效减轻主线路上承载的负荷，有效减少主线路上的电流叠加量，从而减少线路负载量，对于母线和配电室有一定的保护作用；第五、能延长内部热场的使用寿命，如在长晶阶段减少侧部加热器的加热时间后，能有效减少侧部加热器对相邻保温板的热接触时间，从而延长内部保温板及热场的使用寿命。

5、使用效果好且实用价值高，改变了现有多晶硅铸锭炉采用五面加热结构从上而下进行热辐射的加热方式，在坩埚下方增设底部加热器后，形成一个从上、下、左、右、前和后六个方向对坩埚内硅料进行加热的六面加热结构，不仅能提高熔化效率，并且能有效提高熔料过程中坩埚底部的加热速率，有利于坩埚底部气体排出，从而能有效减少铸锭成品的底部氧含量，能显著提高铸锭成品的成品率和质量。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过在坩埚下方增设底部加热器对坩埚内硅料进行六面加热，能解决现有多晶硅铸锭炉所采用五面加热结构存在的熔化效率较低、坩埚底部气体难以排除、铸锭成品底部的含氧量较高等问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—坩埚； 2—顶部加热器； 2-1—顶部加热电源；

3—底部加热器； 3-1—底部加热电源； 4—侧部加热器；

4-1—侧部加热电源； 5—DS块； 6—加热功率调节装置。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括布设在多晶硅铸锭炉内的坩埚1上方的顶部加热器2、四个分别布设在坩埚1的四个侧壁外侧的侧部加热器4和布设在坩埚1下方的底部加热器3，所述坩埚1为立方体坩埚；所述坩埚1呈水平布设，所述顶部加热器2和底部加热器3均呈水平布设，四个所述侧部加热器4均呈竖直向布设；所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均布设于所述多晶硅铸锭炉内。

本实施例中，所述底部加热器3固定在支撑于坩埚1底部的DS块5上，所述底部加热器3位于DS块5下方，所述底部加热器3顶部与DS块5底部之间的距离为0.5cm～3cm。

实际安装时，可根据具体需要，对底部加热器3顶部与DS块5底部之间的距离进行相应调节。

其中，DS块5为石墨块，所述石墨块的导热性很强。所述DS块5也称为定向固化块或DS-BLOCK。

如图2所示，本实用新型还包括对顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4的加热功率分别进行调节的加热功率调节装置6，所述顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4均与加热功率调节装置6连接。

本实施例中，所述顶部加热器2通过第一电极与顶部加热电源2-1连接，四个所述侧部加热器4均通过第二电极与侧部加热电源4-1连接，所述底部加热器3通过第三电极与底部加热电源3-1连接；所述顶部加热电源2-1、侧部加热电源4-1和底部加热电源3-1均与加热功率调节装置6连接，所述加热功率调节装置6为对顶部加热电源2-1、侧部加热电源4-1和底部加热电源3-1的输出功率分别进行调节的功率调节装置。

因而，所述顶部加热电源2-1、侧部加热电源4-1和底部加热电源3-1均为功率可调节电源，并且顶部加热器2、底部加热器3和四个所述侧部加热器4分别采用三个不同的电源(即所述顶部加热电源、所述侧部加热电源和所述底部加热电源)，能实现顶部加热器2、底部加热器3和侧部加热器4的单独控制，使用操作简便且使用效果好。

本实施例中，所述加热功率调节装置6中包括三个加热功率调节设备，三个所述加热功率调节设备分别为对顶部加热器2的加热功率进行调节的第一加热功率调节设备、对底部加热器3的加热功率进行调节的第二加热功率调节设备和对四个所述侧部加热器4的加热功率进行同步调节的第三加热功率调节设备。

实际使用时，三个所述加热功率调节设备也可以共用一个所述加热功率调节设备，只需能达到对三个所述电源分别进行控制的目的即可。

本实施例中，所述底部加热器3位于坩埚1的正下方。

本实施例中，所述顶部加热器2、侧部加热器4和底部加热器3均为电阻丝加热器。

其中，所述顶部加热器2和侧部加热器4均为现有多晶硅铸锭炉采用的现有加热器，所述顶部加热器2和四个所述侧部加热器4的结构和布设位置均为现有多晶硅铸锭炉相同。每个所述侧部加热器4均与位于其内侧的坩埚1的侧壁呈平行布设。

本实施例中，所述底部加热器3的电阻丝材料为Ni、Cr、Mn等合金化合物。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。