可调节侧部加热器、铸锭炉热场结构和铸锭炉的制作方法

本实用新型涉及铸锭炉加热器技术领域，特别是涉及一种可调节侧部加热器、铸锭炉热场结构和铸锭炉。

背景技术：

据统计，太阳电池产业是近几年发展最快的产业之一，并且在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高，技术成熟而继续保持领先地位。目前，晶体硅主要是通过现有铸锭炉进行铸锭。其中，铸锭炉热场结构的设计和调整是生产中十分关键的因素之一。

目前市场上的铸造炉热场结构大部分采用固定模式，当内部的加热器设计有缺陷或工艺调整窗口有限，无法满足生产需求时，必须重新更换备件进行方案改造，成本极高。并且，现有热场结构制得的硅锭的a、b区的红区过宽，而通过常规的工艺调整也往往不能得到很好的改善，而使用更大的坩埚去生产更大的硅锭时，往往容易造成侧部加热器损坏；需要重新改进热场结构，成本花费巨大。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种可调节侧部加热器、铸锭炉热场结构和铸锭炉；该可调节侧部加热器可以实现扩大或缩小，可以对不同尺寸大小的坩埚进行加热，且可以有效改善坩埚的温度分布需求，减少生产过程中的硅锭的a、b区的红区过宽问题，大大提升硅锭的质量。

第一方面，本实用新型提供了一种可调节侧部加热器，包括多块加热器单体、多个角连接件和至少两个连接吊臂，所述角连接件设置在两相邻加热器单体之间，使所述多个加热器单体首尾相连；

所述角连接件包括连接设置的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部上分别设有至少两个第一长条形孔洞，所述第一长条形孔洞的延伸方向与对应连接的所述加热器单体的长度方向一致；所述加热器单体的端部设有与所述至少两个第一长条形孔洞相对应的至少两个固定螺栓，所述固定螺栓穿设固定在所述第一长条形孔洞中，通过调节所述固定螺栓在所述第一长条形孔洞中的位置，以使所述可调节侧部加热器扩大或缩小；

所述连接吊臂固定在所述加热器单体上，所述连接吊臂上设有至少一个第二长条形孔洞，所述第二长条形孔洞的延伸方向与固定有所述连接吊臂的所述加热器单体的平面方向垂直。

可选地，还包括第一固定垫块，所述第一固定垫块设置在所述第一长条形孔洞内，所述第一固定垫块的两端分别抵持所述固定螺栓和所述第一长条形孔洞内壁。

可选地，所述连接吊臂的包括相互垂直连接的固定部和安装部；所述固定部固定在所述加热器单体上，所述第二长条形孔洞设置在所述安装部上；所述安装部还设有石墨电极，所述石墨电极底部设有螺纹杆，所述螺纹杆所述第二长条形孔洞且固定在所述安装部上，当所述加热器单体移动，所述石墨电极固定时，所述加热器单体上的所述连接吊臂可同步移动。

可选地，还包括第二固定垫块，所述二固定垫块设置在所述第二长条形孔洞内，所述第二固定垫块的两端分别抵持所述螺纹杆和所述第二长条形孔洞内壁。

可选地，所述第一长条形孔洞的长度为80-120mm；所述第二长条形孔洞的长度为80-120mm。

可选地，所述侧部加热器为包括四块所述加热器单体、四个角连接件和三个所述连接吊臂，所述角连接件包括相互垂直连接的第一连接部和第二连接部，一个所述连接吊臂固定在一个所述加热器单体上。本实用新型中，所述加热器单体上没有货仅设有一个所述连接吊臂。

可选地，所述第一连接部上的所述第一长条形孔洞并排设置，所述第二连接部上的所述第一长条形孔洞并排设置，每个所述第一长条形孔洞对应设有两个所述固定螺栓。

第二方面，本实用新型还提供了一种铸锭炉热场结构，包括坩埚、热交换台、护板、加热器和隔热笼，所述坩埚设于所述热交换台上，所述坩埚的外围依次套设所述护板和所述加热器，所述坩埚、所述热交换台、所述护板和所述加热器均设于所述隔热笼内；其中，所述加热器包括顶部加热器和如本实用新型第一方面所述的可调节侧部加热器，所述顶部加热器设置在所述坩埚的顶部，所述可调节侧部加热器设置在所述护板的外围；所述可调节侧部加热器的所述加热器单体可沿平行于所述坩埚底部的方向上靠近或远离所述坩埚。

可选地，所述可调节侧部加热器的截面形状与所述坩埚的截面形状相匹配。

可选地，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。

可选地，所述隔热笼由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成的热场腔室。

可选地，所述顶部隔热板上设置有进气孔和出气孔。

可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。

可选地，所述多晶硅铸锭热场结构还包括用于遮盖所述坩埚的石墨盖板。

第三方面，本实用新型还提供了一种铸锭炉，包括炉体，和设置在所述炉体内的如本实用新型第一方面所述的可调节侧部加热器

本实用新型有有益效果包括：

(1)本实用新型所述的可调节侧部加热器，其相邻加热器单体之间的角连接件上，开设有第一长条形孔洞，所述加热器单体之间均可以相对角连接件移动，以实现包括对块首尾连接的加热器单体的可调节侧部加热器的体积上的扩大或缩小；实际应用过程中，既可以对不同尺寸大小的坩埚进行加热，也可以调节与坩埚侧壁的距离，调节坩埚的受热分布，减少坩埚中的硅锭出现的红区过宽问题，大大提升硅锭的出材率。

(2)本实用新型所述铸锭炉热场结构和铸锭炉，包含有可调节侧部加热器，可以根据生产的需求，匹配不同尺寸大小的坩埚，也可以通过调节所述可调节侧部加热器，改善坩埚周围的热量分布；一方面可以大大节约坩埚尺寸改变后带来的热场结构的改进成本，另一方面可以提升硅锭的出材率，提高硅锭的质量。

本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本实用新型的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本实用新型一实施方式提供的可调节侧部加热器的结构示意图；

图2为本实用新型一实施方式提供的可调节侧部加热器的局部结构示意图；

图3为本实用新型一实施方式提供的可调节侧部加热器的局部结构示意图；

图4为本实用新型一实施方式提供的铸锭炉热场结构的结构示意图；

图5为本实用新型一实施方式提供的铸锭炉的结构示意图；

图6为本实用新型一实施方式提供的未改进的铸锭炉制得的硅锭ir图；

图7为本实用新型一实施方式提供的改进后的铸锭炉制得的硅锭ir图；

图8为本实用新型一实施方式提供的未改进的铸锭炉制得的硅锭成品图；

图9为本实用新型一实施方式提供的改进后的铸锭炉制得的硅锭成品图。

具体实施方式

以下所述是本实用新型实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型实施例的保护范围。

如图1所示，为本实用新型一实施方式中提供的可调节侧部加热器100，包括四块加热器单体1、四个角连接件2和三个连接吊臂3，相邻两个加热器单体1之间设有一个角连接件2，所述加热器单体1通过所述角连接件2首尾相连；所述角连接件2包括连接设置的第一连接部21和第二连接部22，所述第一连接部21和所述第二连接部22各连接在一所述加热器单体1的一侧端部；在所述第一连接部21和所述第二连接部22上，分别设有至少两个第一长条形孔洞23，所述第一长条形孔洞23的延伸方向与对应连接的所述加热器单体的长度方向一致；所述加热器单体1的端部设有与所述至少两个第一长条形孔洞23相对应的至少两个固定螺栓11，所述固定螺栓11穿设固定在所述第一长条形孔洞23中，通过调节所述固定螺栓11在所述第一长条形孔洞23中的位置，所述加热器单体1会在所述第一连接部或第二连接部的表面相应移动，以使所述可调节侧部加热器100扩大或缩小；所述加热器单体1上固定的连接吊臂3也会相应移动。

其中，所述连接吊臂3的包括相互垂直连接的固定部31和安装部32；所述固定部31固定在所述加热器单体1上，所述安装部32上设有至少一个第二长条形孔洞33，所述第二长条形孔洞33的延伸方向与所述安装部32的长度方向平行；并且，所述第二长条形孔洞33的延伸方向与固定有所述连接吊臂3的所述加热器单体1的平面方向垂直。

本实用新型实施方式中，所述加热器单体1可以由若干个u形加热电阻单元组成。各个所述加热器单体1通过角连接件2实现首尾连接，可以形成一个串并联回路，实现整体加热作用。

本实用新型实施方式中，所述加热器单体1的数目可以为4-10块。通过将不同数目的加热器单体1相连，可以构成各种截面形状的侧部加热器，以满足对不同型号的坩埚加热。

进一步地，所述加热器单体1的长度及大小尺寸可以相同也可以不同。

例如，所述加热器单体1的数目可以为8块，形成一个截面形状为八边形的侧部加热器，可以对g7型坩埚进行加热。

可选地，本实用新型中，所述侧部加热器为三相结构，所述侧部加热器包括三个所述连接吊臂和三个所述石墨电极。

可选地，所述加热器单体1上设有若干个螺栓孔12，所述螺栓孔12的内壁具有与所述固定螺栓11相匹配的内螺纹。

参见图2，可选地，每个所述第一长条形孔洞23对应可以但不限于设有至少一个所述固定螺栓11。例如，每个所述第一长条形孔洞对应设有两个所述固定螺栓。本实施方式中，所述图2是图1中的一个虚线圈的局部放大图。

可选地，所述第一连接部21上的所述第一长条形孔洞23并排设置，所述第二连接部22上的所述第一长条形孔洞23并排设置，每个所述第一长条形孔洞23对应设有两个所述固定螺栓。

可选地，所述固定螺栓还可以设有弹簧垫圈。

本实用新型实施方式中，所述侧部加热器100还包括第一固定垫块4，所述第一固定垫块4设置在第一长条形孔洞23内，所述第一固定垫块4的两端分别抵持所述固定螺栓11和所述第一长条形孔洞23内壁，参见图2。所述第一固定垫块一方面可以使角连接件的第一连接部或第二连接部与加热器单体之间更加牢固，确保安装强度，避免松动；另一方面通过插入不同长度的第一固定垫块4，可以有效调节加热器单体与角连接件间的位置。本实用新型中，x轴和y轴构成的平面方向为所述坩埚的底部平面方向，z轴方向为垂直于坩埚的底部平面方向，或所述连接吊臂的固定部的长度延伸方向。

可选地，所述第一固定垫块4的长度可以多种多样。进一步地，所述第一长条形孔洞内可以放置一个或多个第一固定垫块。所述第一固定垫块是可拆卸固定在所述长条形孔洞内的，且所述第一固定垫块可以牢固地安装在第一长条形孔洞内，不易松脱。

可选地，当所述第一长条形孔洞23内包括多个固定螺栓11时，所述固定螺栓11之间也可以夹持一第一固定垫块。

参加图3，所述侧部加热器100还包括石墨电极5，所述石墨电极5底部设有螺纹杆51，所述螺纹杆51穿过所述第二长条形孔洞33且固定在所述安装部32上，所述螺纹杆51可在所述螺纹杆51内移动；所述当固定有所述连接吊臂3的所述加热器单体1移动，所述石墨电极固定时，所述安装部32可相对于所述石墨电极5同步移动。本实用新型中，图3也为图1中一个虚线圈的局部放大图

可选地，所述侧部加热器100还包括第二固定垫块6，所述二固定垫块6设置在所述第二长条形孔洞33内，所述第二固定垫块6的两端分别抵持所述螺纹杆51和所述第二长条形孔洞33内壁。

本实用新型实施方式中，所述角连接件3的固定部31可通过螺栓固定在所述加热器单体1上。

可选地，所述安装部3上可以但不限于设置两个第二长条形孔洞33，所述第二长条形孔洞3并排设置，参见图3。所述第二长条形孔洞33与所述安装部3的长度延伸方向平行，所述第二长条形孔洞33的延伸方向与所述加热器单体的平面方向垂直。所述第二长条形孔洞33用于匹配所述加热器单体进行移动时，实现所述连接吊臂3的一并移动。

其中，所述加热器单体可在xy的平面方向上移动，通过调节固定螺栓11在所述第一长条形孔洞23内的位置，所述第二长条形孔洞33的延伸方向与z轴方向垂直。当所述加热器单体的数目可以为4块时，所述可调节侧部加热器为正方形，其中一个加热器单体沿x轴方向移动时，相邻的所述加热器单体可以沿y轴方向移动。

可选地，所述第一长条形孔洞的截面形状可以为长方形。进一步地，所述第一长条形孔洞的长度延伸方向的两端的截面形状可以但不限于为圆弧形。

可选地，所述第二长条形孔洞的截面形状可以为长方形。进一步地，所述第二长条形孔洞的长度延伸方向的两端的截面形状可以但不限于为圆弧形。

可选地，所述第一连接部上，相邻两个所述第一长条形孔洞的间距为20-50mm。

可选地，所述第二连接部上，相邻两个所述第一长条形孔洞的间距为20-50mm。

可选地，所述第一连接部上，所述第一长条形孔洞的长度为80-120mm。

可选地，所述第二连接部上，所述第一长条形孔洞的长度为80-120mm。

可选地，所述安装部上，所述第二长条形孔洞的长度为80-120mm。

本实用新型实施方式中，所述相邻两个所述第一长条形孔洞的间距，以及所述第一长条形孔洞、第二长条形孔洞的长度均可以实际侧部加热器的尺寸大小进行调节。

如图4所示，为本实用新型一实施方式中提供的铸锭炉热场结构200，包括坩埚10、热交换台20、护板30、加热器40和隔热笼50，所述坩埚10设于所述热交换台20上，所述坩埚10的外围依次套设所述护板30和所述加热器40，所述坩埚10、所述热交换台20、所述护板30和所述加热器40均设于所述隔热笼50内，所述加热器40包括顶部加热器41和可调节侧部加热器42，所述顶部加热器41设置在坩埚10的顶部，所述可调节侧部加热器42设于所述护板30与所述隔热笼50之间的空隙中，所述可调节侧部加热器42设置所述护板30的外围；所述可调节侧部加热器42的所述加热器单体可沿平行于所述坩埚底部的方向上靠近或远离所述坩埚；所述坩埚底部的方向为xy平面方向。

可选地，所述可调节侧部加热器42的具体限定可参见上述实施方式中所述的可调节侧部加热器100。可选地，所述可调节侧部加热器的截面形状与所述坩埚的截面形状相匹配。

可选地，所述坩埚10包括底面和侧壁，所述侧壁可以不限于包括若干个侧面围合而成，所述侧壁垂直于所述底面。本实施方式中，所述坩埚的截面形状可以但不限于为正方形、八边形或多边形。可选地，所述坩埚可以为石英坩埚、石墨坩埚或陶瓷坩埚。可选地，所述坩埚还包括其他硬质材质的坩埚。可选地，所述坩埚表面还可以但不限于包括氮化硅层。

优先地，所述坩埚的截面形状可以但不限于为正方形。

本实用新型实施方式中，所述铸锭炉热场结构200中的可调节侧部加热器可以通过扩大或缩小体积，用于不同尺寸的坩埚，因此，本实用新型中的所述铸锭炉热场结构200可以用于对标准坩埚尺寸更大的坩埚进行加热，且铸锭炉热场结构200的改进话费几乎为零；而传统的热场价格调整，需要更换新的侧部加热器，耗资巨大。

可选地，所述可调节侧部加热器42的所述石墨电极固定在所述顶部加热器41的一侧，所述可调节侧部加热器42的各个加热器单体可沿平行于所述坩埚底部的方向上靠近或远离所述坩埚，使所述调节侧部加热器42实现扩大或缩小。

具体地，所述顶部加热器41可以但不限于包括至少两个石墨电极。例如，所述顶部加热器41也包括三个石墨电极，所述顶部加热器和所述侧部加热器构成六相结构。所述顶部加热器的所述石墨电极和所述侧部加热器的所述石墨电极可以但不限于位于同一水平面上。

可选地，热交换台20可以为ds板。例如，所述热交换台可以为ds块(ds-block)。

可选地，所述护板紧贴所述坩埚。当所述护板未紧贴着所述坩埚，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。通过填充的石墨软毡可以有效使护板与坩埚之间相贴合匹配，在对称分布的加热器下，有效使坩埚的同一水平面热量分布更均匀，不易形成热量死角。

可选地，所述隔热笼50由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成一密封的热场腔室。

可选地，所述顶部隔热板上设置有进气孔和出气孔。所述进气孔和出气孔有利于多晶硅锭的制备过程中对气压和惰性气体环境的要求。

可选地，所述铸锭炉热场结构200还包括用于所述遮盖所述坩埚的石墨盖板。所述石墨盖板上可以但不限于设有导热孔或导气孔。所述顶部隔热板的进气孔和出气孔可依次穿过所述加热器和所述石墨盖板。

可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。本实用新型中，所述隔热笼具有良好的保温隔热的作用，可以极大地较少温度的散失，保证整个多晶硅铸锭热场结构温度的对称分布，且降低热场的功耗。

本实用新型另一实施方式中，如图5所示，还提供了一种铸锭炉300，包括炉体301和设置在炉体301内的铸锭炉热场结构，所述铸锭炉热场结构包括坩埚10、热交换台20、护板30、加热器40和隔热笼50，所述坩埚10设于所述热交换台20上，所述坩埚10的外围依次套设所述护板30和所述加热器40，所述坩埚10、所述热交换台20、所述护板30和所述加热器40均设于所述隔热笼50内，所述加热器40包括顶部加热器41和可调节侧部加热器42，所述顶部加热器41设置在所述坩埚10的顶部，所述可调节侧部加热器42设于所述护板30与所述隔热笼50之间的空隙中。

所述铸锭炉300的热场结构的限定与本实用新型实施方式中提供的铸锭炉热场结构200的限定相同，此处不再过多限定。

进一步地，所述铸锭炉200内的可调节侧部加热器42的具体限定可参见上述实施方式中所述的可调节侧部加热器。

本实用新型实施方式中，所述铸锭炉还包括其他组件，所述其他组件可以为现有技术中的相关组件，本实用新型不做一一阐述。

本实用新型所述铸锭炉，包括所述铸锭炉热场结构，可以根据生产的需求，匹配不同尺寸大小的坩埚，也可以通过调节所述可调节侧部加热器，改善坩埚周围的热量分布；一方面可以大大节约坩埚尺寸改变后带来的热场结构的改进成本，另一方面可以提升硅锭的出材率，提高硅锭的质量。

效果实施例1

取两台铸锭炉，一台为设有传统的侧部加热器的未改进铸锭炉，一台为经过改进后，内部采用可调节侧部加热器的铸锭炉，内部坩埚的截面形状正方形，可调节侧部加热器和传统侧部加热器均包括4块加热器单体；采用完全相同的工艺参数，区别在于：采用可调节侧部加热器的铸锭炉中，各个加热器单体向远离坩埚侧壁的方向扩大10mm；然后对硅锭质量和侧部加热板碰坏情况进行跟踪分析。

参见图6和图7中的硅锭的ir图，其中，图6为未改进的铸锭炉制得硅锭，硅锭底部角落b1料更平，阴影更严重，且侧部加热器存在少量磕碰。而本实用新型所述改进后的铸锭炉，其可调节侧部加热器离坩埚的距离发生变化，影响了可调节侧部加热器加热量对硅锭的影响，使制得的硅锭整体结构出色，硅锭阴影影响改善，见图7，且出锭后良率由原先的62％提升为现有的63％水平，侧部加热器被碰坏可能性降低。

效果实施例2

取一铸锭炉台，采用半熔工艺，未对侧部加热器改进前的生产的硅锭31-36方向，硅锭更高，表面突起严重，硅块31-36杂质不良更高，经过分析得出31-36方向的加热器单体存在发热量大的问题，其中，所述31-36方向是指：在g6硅锭中共存在的36块硅块中，硅块按前后左右划分，在后面一排的31-36硅块。

现对所述铸锭炉台的侧部加热器按本实用新型实施方式中结构设置改进，将改进的可调节侧部加热器的31-36方向的侧部加热器单元向里调整5mm，然后按原有工艺正常铸锭。结果参见图7和图8，改进前的硅锭表面出现明显的鼓泡现象，而改进后发现硅锭表面更平，改善效果十分明显，并且改进后的整锭效率较之前整锭效率提升0.1％，达到18.92％水平。

综上，本实用新型所述可调节侧部加热器可以有效提升铸锭良率及效率，可以随时根据生产反馈的质量情况进行热场的对应调整，使可调节侧部加热器扩大或缩小，同时也可以实现可调节侧部加热器的细微调整，几乎不存在改进成本，而现有常规的热场调整方案耗资巨大，造成生产成本巨大。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和和阐述，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些等同修改和变更也应当在本实用新型的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。