一种多晶硅定向凝固装置的制作方法

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅定向凝固装置。

背景技术：

高纯多晶硅是制备太阳能电池的主要原料。国内外制备高纯多晶硅主要使用西门子法。西门子法的不足之处在于其在流程的核心侧节上采取了落后的热化学气相沉积,工艺流程的侧节过多,一次转化率低,导致流程时间太长,增加了材耗、能耗成本。鉴于此,目前的新工艺中采用冶金法克服西门子法热化学气相沉积工艺的不足；冶金法是根据杂质元素在硅中的分凝系数不同进行定向凝固的熔炼方式,具有能耗低、环境污染小的特点。定向凝固法指在熔融状态下，利用杂质元素在固相和液相中的分凝效应达到提纯目的，通过单向热流控制，使熔体达到一定温度梯度，从而获得沿生长方向整齐排列的柱状晶组织，工业硅中有多种金属杂质和非金属杂质，在硅熔体结晶过程中，由于各种杂质在固相硅和液相硅中的溶解度具有很大的区别，利用这个特性来进行提纯，硅熔体全部结晶完毕，采用机械切除杂质浓度高的部分，获得提纯的金属硅。

目前的定向凝固设备一般都通过拉锭方式将坩埚拉出发热体的高温区间,进行冷却，由于多个方向同时冷却，导致杂质分布较分散，进而影响高纯多晶硅的产量和品质。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种多晶硅定向凝固装置，主要目的在于使液态多晶硅单一方向冷却，保证杂质向单一方向聚集。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

本实用新型的实施例提供一种多晶硅定向凝固装置，包括:支架、腔体、盖体和散热机构；

所述腔体设置在所述支架上，被所述支架支撑；

所述腔体为上端开口的容腔结构；

所述腔体包括：底座和墙体；

所述底座为矩形结构；所述墙体围绕所述底座的边缘设置；

所述墙体为四个；四个所述墙体竖直设置在所述底座上；四个所述墙体依次连接，与所述底座形成矩形容腔；所述墙体可拆卸地连接在所述底座上；

所述底座包括：钢结构层和碳化硅砖层；

所述碳化硅砖层设置在所述钢结构层的上侧；

所述墙体由内向外依次为：高纯铝层、耐热纤维保温层、纳米绝热层和钢材料层；

所述墙体上嵌有拉筋构件一；

所述盖体盖设在所述腔体上；

所述盖体的一端具有开口，与所述腔体的开口对应设置；

所述盖体由内向外依次为：刚玉保温层和耐高温陶瓷纤维层；

所述耐高温陶瓷纤维层内设置有纳米绝热板；

所述盖体上嵌有拉筋构件二；

所述盖体上设置有加热构件；所述加热构件沿所述盖体的内腔设置；

所述散热机构设置在所述底座的下方，用于向所述底座的中部喷吹空气，以给所述底座散热。

进一步地，所述底座的所述钢结构层的下侧中部内凹，与所述散热机构对应设置。

进一步地，所述散热机构包括:空气压缩机、储气罐和气流管；

所述储气罐与所述空气压缩机连接；

所述空气压缩机向所述储气罐输入压缩空气；

所述气流管与所述储气罐连接，用于将所述储气罐内的压缩空气导流至所述底座的中部。

可替代地，所述散热机构包括；风机和输风管；

所述输风管与所述风机的出风口连接，用于将所述风机输出的气流引导至所述底座的中部。

进一步地，相邻所述墙体之间的所述钢材料层通过紧固件连接。

进一步地，所述底座的所述碳化硅砖层较所述钢结构层小；所述碳化硅砖层位于所述钢结构层的中部。

进一步地，所述墙体上设置有限位结构，用于相邻所述墙体之间的位置限定。

进一步地，所述加热构件包括：碳化硅棒；所述碳化硅棒平行地设置在所述盖体上。

进一步地，所述拉筋构件一为铬镍铁合金。

进一步地，所述拉筋构件二为铬镍铁合金。

借由上述技术方案，本实用新型多晶硅定向凝固装置至少具有下列优点：

使液态多晶硅单一方向冷却，保证杂质向单一方向聚集。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种多晶硅定向凝固装置的剖视示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种多晶硅定向凝固装置中的腔体的组合示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种多晶硅定向凝固装置中的腔体的分解示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种多晶硅定向凝固装置中盖体的示意图。

图中所示：

1为支架，2为腔体，2-1为底座，2-11为钢结构层，2-12为碳化硅砖层，2-2为墙体，2-21为高纯铝层，2-22为耐热纤维保温层，2-23为纳米绝热层，2-24为钢材料层，3为盖体，3-1为刚玉保温层，3-2为耐高温陶瓷纤维层，3-3为纳米绝热板，4为加热构件，5为散热机构，6为凹槽，7为凸缘，8为拉筋构件一，9为拉筋构件二。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1至图4所示，本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅定向凝固装置，包括:支架1、腔体2、盖体3和散热机构5；支架1为框架结构，为成型钢材焊接或通过紧固件连接而成；支架1用于支撑腔体2。腔体2设置在支架1上，被支架1支撑；腔体2为上端开口的容腔结构，用于容纳多晶硅；

腔体2包括：底座2-1和墙体2-2；底座2-1为矩形结构；墙体2-2围绕底座2-1的边缘设置；

墙体2-2为四个；四个墙体2-2竖直设置在底座2-1上；四个墙体2-2依次连接，与底座2-1形成矩形容腔；墙体2-2可拆卸地连接在底座2-1上，以便于拆卸。进一步优选，墙体2-2上设置有限位结构，用于相邻墙体2-2之间的位置限定。本实施例优选相对的两个墙体2-2上设置有凹槽6；另外相对的两墙体2-2上设置有凸缘7，凸缘7镶嵌在凹槽6中，实现相邻墙体2-2的位置限定。

底座2-1包括：钢结构层2-11和碳化硅砖层2-12；碳化硅砖层2-12设置在钢结构层2-11的上侧；钢结构层2-11能够支撑碳化硅砖层2-12；碳化硅砖层2-12为高性能耐火材料，且热导率高，有利于从底部散热。进一步优选，底座2-1的碳化硅砖层2-12较钢结构层2-11小；碳化硅砖层2-12位于钢结构层2-11的中部。墙体2-2设置在钢结构层2-11上，能够被钢结构层2-11支撑；墙体2-2的内侧与碳化硅砖层2-12拼接，用于容纳多晶硅。

墙体2-2由内向外依次为：高纯铝层2-21、耐热纤维保温层2-22、纳米绝热层2-23和钢材料层2-24；

高纯铝层2-21设置在最内侧，能够防止液态多晶硅渗透；耐热纤维保温层2-22多腔体2起到很好的保温效果；纳米绝热层2-23为高温隔热材料，对腔体2进一步保温。纳米绝热板3-3为btu纳米隔热板。作为上述实施例的优选，相邻墙体2-2之间的钢材料层2-24通过紧固件连接，以保证墙体2-2的连接可靠，保证腔体2的结构。

墙体2-2上嵌有拉筋构件一8；优选，拉筋构件一8为铬镍铁合金，耐高温，结构可靠。

盖体3盖设在腔体2上；盖体3的一端具有开口，与腔体2的开口对应设置；盖体3的开口向下，以与开口向上的腔体2对应设置；

盖体3由内向外依次为：刚玉保温层3-1和耐高温陶瓷纤维层3-2；耐高温陶瓷纤维层3-2内设置有纳米绝热板3-3，具有很好的保温效果；刚玉保温层3-1具有很好的耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，而且具有高温绝缘性，在加热构件4通电加热时，能够保证腔体2和盖体3的安全，防止导电。

盖体3上嵌有拉筋构件二9；优选，拉筋构件二9为铬镍铁合金，耐高温，结构可靠。

盖体3上设置有加热构件4；加热构件4沿盖体3的内腔设置；加热构件4的温度能够调节；本实施例中设置在盖体3上的加热构件4优选为石墨材料。在具体实施中，需要将盖体3上开设安装孔；然后将加热构件4插入安装孔，以进行加热。作为上述实施例的优选，加热构件4包括：碳化硅棒；碳化硅棒平行地设置在盖体3上。

散热机构5设置在底座2-1的下方，用于向底座2-1的中部喷吹空气，以给底座2-1散热，使腔体2内的液体多晶硅由底座2-1的中部开始散热凝固，逐渐向底座2-1的四周扩散，并向上延伸，实现多晶硅的定向凝固。本实施例优选散热机构5上设置有调节阀，以控制了冷却空气的流量，进而控制冷却速度，使液态多晶硅保持恒定的向下单方向散热的方式,完成液态硅的定向凝固，进而得到中下部较纯净，杂质聚集在上部的多晶硅。

本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅定向凝固装置，使液态多晶硅单一方向冷却，保证杂质向单一方向聚集。

作为上述实施例的优选，底座2-1的钢结构层2-11的下侧中部内凹，与散热机构5对应设置。

作为上述实施例的优选，散热机构5包括:空气压缩机、储气罐和气流管；储气罐与空气压缩机连接；空气压缩机向储气罐输入压缩空气；气流管与储气罐连接，用于将储气罐内的压缩空气导流至底座2-1的中部，加快底座2-1中部的散热，使多晶硅从底座2-1的中部开始凝固，并逐步由底座2-1的中部向四周扩散，并向上延伸。

可替代地，散热机构5包括；风机和输风管；输风管与风机的出风口连接，用于将风机输出的气流引导至底座2-1的中部。

进一步说明，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。这没有脱离示例性实施例的范围。类似地，元件一、元件二也不代表元件的顺序，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。