多晶硅铸锭炉的制作方法

本实用新型涉及光伏制造领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭炉。

背景技术：

太阳能光伏发电是一种可持续能源，近年来在各国都得到了迅速的发展。目前应用最普遍的是晶体硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅片制成。其中多晶硅片以产能高、能耗低、成本低占据主导地位，铸锭炉是多晶硅片生产过程中的核心设备。

目前现有的铸锭炉的长晶过程通过提升隔热笼或降隔热底板方式来降温。随着光伏行业的不断发展，铸锭炉尺寸的增大，这种热场结构存在硅锭越大，等温线分布越不均匀，横向温度梯度越大等困难。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述铸锭炉热场结构热场难以控制、等温线分布不均匀，横向温度梯度大的问题，提供一种横向温度梯度均匀的多晶硅铸锭炉。

一种多晶硅铸锭炉，包括：

炉体；

设置于所述炉体内的坩埚，用于盛放晶体硅；

位于所述坩埚顶部的顶部加热器；

位于所述坩埚外侧壁的侧部加热器；

包裹所述坩埚外侧壁、顶部加热器及侧部加热器的隔热笼；

位于所述坩埚底部的底部加热器，所述顶部加热器、侧部加热器以及底部加热器用于对所述坩埚加热；

以及设置于底部加热器与所述坩埚底部之间的冷却装置，用于通过冷却气体对所述炉体内散热。

上述多晶硅铸锭炉可利用上述冷却装置的气冷的方式对上述坩埚的底部进行冷却、由于对坩埚底部快速、均匀的进行散热，有利于提升横向温度梯度均匀性。

在其中一个实施方式中，所述冷却装置包括：

热交换平台，具有第一中空腔；

连接于所述热交换平台的进气管，冷却气体通过所述进气管进入所述热交换平台的中空腔内；

连接于所述热交换平台的石墨立柱，具有第二中空腔，进入所述热交换平台中空腔内的冷却气体经过所述石墨立柱排出炉体外。

在其中一个实施方式中，所述进气管由所述炉体的底部进入所述炉体内。

在其中一个实施方式中，所述热交换平台由所述石墨立柱支撑连接。在其中一个实施方式中，所述多晶硅铸锭炉还包括真空泵，用于通过所述进气管向所述热交换平台通入气体。

在其中一个实施方式中，所述底部加热器具有至少一个加热组件，所述加热组件包括：

一对加热条；

连接于该对加热条之间的两个连接板，所述两个连接板分别设置于所述加热条的两端；

设置于其中一个所述连接板的石墨电极，以使电流通过所述石墨电极流入所述加热条。

在其中一个实施方式中，所述石墨电极通过所述炉体的侧壁伸出炉体外，以外接加热电路。

在其中一个实施方式中，所述底部加热器具有三个并列设置加热组件，该三个加热组件共用一个与石墨电极相对的连接板。

在其中一个实施方式中，所述底部加热器的工作功率范围为40KW至80KW。

在其中一个实施方式中，所述多晶硅铸锭炉还包括：

设置于所述坩埚外侧壁与所述侧部加热器之间的石墨护板；

设置于所述坩埚底板与所述底部加热器之间的石墨底板；

设置于所述顶部加热器外侧的顶部保温板；

设置于所述侧部加热器外侧的侧部保温板。

附图说明

图1为本实用新型一优选实施方式的多晶硅铸锭炉的整体结构示意图；

图2为本实用新型一优选实施方式的多晶硅铸锭炉的底部加热器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型一优选实施方式公开了一种多晶硅铸锭炉100，该多晶硅铸锭炉100包括炉体110、坩埚120、隔热笼130、加热装置及冷却装置150。

具体地，上述坩埚120设置于上述炉体110内，用于盛放晶体硅，该晶体硅在该坩埚120进行生长。上述加热装置包括顶部加热器141、侧部加热器142及底部加热器143，顶部加热器141位于上述坩埚120的顶部，侧部加热器142位于上述坩埚120的外侧壁，上述底部加热器143位于上述坩埚120的底部，上述顶部加热器141、侧部加热器142及底部加热器143用于对上述坩埚120进行加热。

上述冷却装置150设置在上述底部加热器143的下侧，用于通过冷却气体对所述炉体内散热。具体地，上述冷却装置150包括热交换平台151、进气管152、石墨立柱153，上述热交换平台151具有第一中空腔(图未示)，该第一中空腔分布在上述热交换平台内部，上述进气管152连接于上述热交换平台151的进气管，冷却气体通过所述进气管进入所述热交换平台的中空腔内，上述石墨立柱153具有第二中空腔，该第二中空腔贯穿上述石墨立柱153的顶部及底部，进入上述热交换平台151的冷却气体可经过所述石墨立柱排出炉体外。

上述进气管152可连接热交换平台151下侧面的中间位置，这样，由上述进气管152进入上述交换平台151的冷却气体能够由上述热交换平台151中间位置迅速地向四周扩散，达到利用上述交换平台151快速地对坩埚120底部进行散热。

上述石墨立柱153连接热交换平台151下侧面的接近边缘的位置，石墨立柱153，该石墨立柱153一方面作为进入热交换平台151的冷却气体的出气管，另一方面该石墨立柱153与上述热交换平台151支撑连接，以作为上述用于支撑上述热交换平台151的支撑柱。

上述多晶硅铸锭炉100还可以包括一真空泵(图未示)，该真空泵用于连接上述进气管152及石墨立柱153的一端，使上述真空泵、进气管152、热交换平台151及石墨立柱153形成一气路的回路。由上述真空泵提供动力，气体由进气管152进入上述热交换平台151，并在热交换平台151的第一中空腔充分地吸收上述炉体110内，特别是接近坩埚120底部的热量，并通过上述石墨立柱153的第二中空腔快速的带走所吸收的热量。其中，进入该炉体内的上述冷却气体的压力与炉体内的原有的压力基本保持一致，在上述晶体硅的长晶阶段，不打开隔热笼，通过上述冷却气体对坩埚底部进行散热。

本实施方式中，通入上述进气管152的气体为惰性气体，例如该惰性气体可以为氩气等。上述真空泵设置在上述炉体110的外部，且该真空泵可以为罗茨真空泵组，但本实用新型对真空泵的类型不限于此，只要能够达到本实用新型目的均可。

上述底部加热器143具有至少一个加热组件，本实施方式中，该加热组件为三个，每个加热组件包括一对加热条1431，该对加热条1431并排设置，该对并排设置的加热条1431之间的对应两端连接有两个连接板，分别为第一连接板1432及第二连接板1433，其中一个连接板(例如是第一连接板1432)设置有石墨电极1434，上述加热条1431通过经过由石墨电极1434进入加热条1431的电流而发出热量，进而对坩埚120的底部进行加热。

上述三个加热组件并列设置。其中，与每个石墨电极1434相对一端的连接板(例如是第二连接板1433)将该三个加热组件连接于一体。换言之，该三个加热组件共用一个与石墨电极1434的连接板1433。

上述石墨电极1434通过上述炉体110的侧壁伸出，以外接加热电路，这样有利于提高加热电路的安全系数，其加热电路的线路结构较为简单。

本实施方式中，上述底部加热器的工作功率范围为40KW至80KW。

上述多晶硅铸锭炉100还包括石墨护板161、石墨底板162、顶部保温板171及侧部保温板172，上述石墨护板161设置于所述坩埚120的外侧壁与所述侧部加热器142之间的；石墨底板162设置于所述坩埚120的底板与底部加热器143之间的；顶部保温板171设置于所述顶部加热器141外侧，用于对坩埚120的顶部进行保温；侧部保温板172设置于所述侧部加热器142外侧，用于对坩埚120的侧部位置进行保温。

上述多晶硅铸锭炉100首先需要将达到一定纯度要求的多晶硅装入上述坩埚120中，并按工艺要求首先需要进行抽真空工序，达到一定真空度后进行炉体整体检漏操作，泄漏率满足要求继续进行加热工序。此时上述加热装置开始工作，当坩埚120的温度达到1500℃左右后，进入融化工序，加热装置的功率输出可采用温度控制，通过测温仪检测温度的变化调节加热器功率，使炉内顶侧底各位置的温度均符合工艺设定。持续十多个小时后将固态硅料全部融化成液态，并稳定一段时间后，通过高温将硅料及热场中的杂质挥发出来，充分将杂质排出。接着将温度下降至硅结晶点附近，为晶体生长做准备。

长晶阶段不需要开启上述隔热笼130，只需要利用上述冷却装置150对坩埚底部进行冷却。将坩埚底部的热量带出炉体110外，此时底部温度首先降低，形成自下而上的温度梯度，进而使得长晶速度更加稳定。

上述多晶硅铸锭炉100可利用上述冷却装置150的气冷的方式对上述坩埚120的底部进行冷却、由于对坩埚底部快速、均匀的进行散热，有利于提升横向温度梯度均匀性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。