专利名称：用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场及生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及多晶铸锭炉热场和生产工艺的改进，特别是一种用于提高成晶率的多 晶铸锭炉改良热场及生产工艺。
背景技术：
目前美国GT Solar 450炉子所配置的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉 体内部设置有石墨加热器、石墨坩埚、支撑板；石墨加热器活动罩在石墨坩埚的外围，支撑 板设置于石墨坩埚的底部；石墨加热器由前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部 石墨板围拢而成；前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板均为矩形；顶部石墨板与前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板分别依靠搭接件连接为一 体；搭接件由侧翼和垂直翼组成，侧翼和垂直翼互相垂直；侧翼的尾部设置有安装孔， 垂直翼的尾部设置有安装孔；侧翼平贴与顶部石墨板接触，垂直翼平贴与前石墨板或后石墨板或左石墨板或右 石墨板接触。其中侧翼的长度为14-16厘米，垂直翼的长度为14-16厘米。根据本发明根据化学工业出版社2007年1月北京第一版第一次印刷的《太阳能电 池材料》第151页的记载晶体凝固时，一般自坩埚的底部开始，晶体在底部形成核并逐渐 向上生长，在不同的热场设计中，固液界面的形状呈现凹形或凸形。需要特殊的热场设计， 使得硅熔体在凝固时，自底部开始到上部结束，其固液界面始终保持与水平面平行，称为平 面固液界面凝固技术。这样制备出来的铸造多晶硅硅片的表面和晶界垂直，可以使相关太 阳电池有效地避免界面的负面影响。可见尽量保持固液界面始终与水平面平行是提高成晶率的关键。经过多次试验测量，传统的GT Solar 450炉子的固液界面的形状呈现比较明显的 凹形，具体见图1。传统的GT Solar 450因为热场设计不合理，导致成晶率偏低，只有61_63%。成晶 率的计算方式是去头尾去边皮后能用于切割的成品重量与投料量重量的比值。传统的GT Solar 450的不足表现在目前美国GT Solar 450炉子普遍存在的缺 陷晶粒较小，中部杂质无法排出及严重的微晶现象，这使生产的可利用率大大降低，从而使 生产成本增加。微晶的产生机理主要是热场的原因，并非长晶速度过快的原因。只要长晶速度不 超过2cm/h，降低长晶速度是可以改善微晶的，但影响了生产效率，并且能耗也增加了。目 前GT Solar 450的热场的固液界面并非是平坦的，而是一条浴盆曲线，中心温度高，四周温 度低，那么为什么会出现这种现象呢？由于坩埚顶部增加了加热器，因为热场是一个温区， 因此顶部的功率不能单独调节的，当隔热笼打开后，四周开始散热，为了恒定长晶的温度因 此功率会逐渐增大，因此顶部的温度会比四周的温度要高，而且温差会越来越大，这就造成
4了硅锭中心的温度偏高，虽然通过提升隔热笼的位置可以控制长晶的温度梯度，但这种凹 型固液界面会使杂质向温度高的位置迁移，造成硅锭中心部分的杂质浓度大大高于其它区 域，如果杂质超过一定范围，则会在中心位置形成新的晶核，由于此时的排列都是非规则 的，而且生产速度并不快晶体都长不大，因此这个区域就出现了微晶的现象。这就是为何用 好料铸锭微晶的现象就较小或没有，而差料就会经常出现的原因，这种状况通过简单的工 艺调整是很难弥补的。现有技术中可能有通过复杂的工艺来适当提高成晶率的，但是可能涉及高昂的用 电成本或其他负面影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种特别是一种用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场及 生产工艺，通过将搭接件的垂直翼适当延长的简单技术就可以明显提高成晶率。本发明的技术方案为用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉体内部设置有石墨 加热器、石墨坩埚、支撑板；石墨加热器活动罩在石墨坩埚的外围，支撑板设置于石墨坩埚 的底部；石墨加热器由前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板围拢而成； 前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板均为矩形；顶部石墨板与前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板分别依靠搭接件连接为一 体；搭接件由侧翼和垂直翼组成，侧翼和垂直翼互相垂直；侧翼的尾部设置有安装孔， 垂直翼的尾部设置有安装孔；侧翼平贴与顶部石墨板接触，垂直翼平贴与前石墨板或后石墨板或左石墨板或右 石墨板接触。其中侧翼的长度短于垂直翼的长度。用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉体内部设置有石墨 加热器、石墨坩埚、支撑板；石墨加热器活动罩在石墨坩埚的外围，支撑板设置于石墨坩埚 的底部；石墨加热器由前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板围拢而成； 前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板均为矩形；顶部石墨板与前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板分别依靠搭接件连接为一 体；搭接件由侧翼和垂直翼组成，侧翼和垂直翼互相垂直；侧翼的尾部设置有安装孔， 垂直翼的尾部设置有安装孔；侧翼平贴与顶部石墨板接触，垂直翼平贴与前石墨板或后石墨板或左石墨板或右 石墨板接触；其中侧翼的长度为14-16厘米，垂直翼的长度为1946厘米。提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体内部设置有 石墨加热器、石墨坩埚、支撑板；石墨加热器活动罩在石墨坩埚的外围，支撑板设置于石墨 坩埚的底部；石墨加热器由前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板围拢而 成；前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板1均为矩形；
顶部石墨板与前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板分别依靠搭接件连接为一 体；搭接件由侧翼和垂直翼组成，侧翼和垂直翼互相垂直；侧翼的尾部设置有安装孔， 垂直翼的尾部设置有安装孔；侧翼平贴与顶部石墨板接触，垂直翼平贴与前石墨板或后石墨板或左石墨板或右 石墨板接触；其中侧翼的长度为14-16厘米，垂直翼的长度为1916厘米；顶部石墨板El的长度为61-63厘米，顶部石墨板El的宽度为39_41厘米，前石墨 板Al或后石墨板Bl或左石墨板Cl或右石墨板Dl的宽度为39-41厘米，前石墨板Al或后 石墨板Bl或左石墨板Cl或右石墨板Dl的高度为38-41厘米；采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石 墨加热器的起始位置与终止的位置之间的上移全程为14cm-16cm，上移的时间为20-24小 时。本发明的优点通过将搭接件的垂直翼适当延长的简单技术就可以明显提高成晶 率。更改工艺后使成晶率增加了 4-7个百分点；工艺参数控制良好的话可以使成晶率增加 了 6-7个百分点；在多晶少子寿命上也得到了重大的改善，从而大大的提高了多晶硅片的 转换效率和电性能。中杂和微晶现象很少，出现的比例也显著减少；本发明可以使排杂效果 和长晶规律等都达到最佳效果。
附图1是本发明改造前的结构示意图附图2是本发明改造后的结构示意图；附图3是本发明石墨加热器1的结构爆炸分解图；附图4是本发明搭接件4的结构示意图。附图标记石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3、搭接件4、侧翼5、垂直翼6、前石墨 板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl、顶部石墨板El。
具体实施例方式实施例1、用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉体内部设 置有石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3 ；石墨加热器1活动罩在石墨坩埚2的外围，支撑 板3设置于石墨坩埚2的底部；石墨加热器1由前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右 石墨板Dl和顶部石墨板El围拢而成；前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl 和顶部石墨板El均为矩形；顶部石墨板El与前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl分别依靠搭 接件4连接为一体；搭接件4由侧翼5和垂直翼6组成，侧翼5和垂直翼6互相垂直；侧翼5的尾部设 置有安装孔，垂直翼6的尾部设置有安装孔；侧翼5平贴与顶部石墨板El接触，垂直翼6平贴与前石墨板Al或后石墨板Bl或左石墨板Cl或右石墨板Dl接触。其中侧翼5的长度短于垂直翼6的长度。实施例2、用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉体内部设 置有石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3 ；石墨加热器1活动罩在石墨坩埚2的外围，支撑 板3设置于石墨坩埚2的底部；石墨加热器1由前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右 石墨板Dl和顶部石墨板El围拢而成；前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl 和顶部石墨板El均为矩形；顶部石墨板El与前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl分别依靠搭 接件4连接为一体；搭接件4由侧翼5和垂直翼6组成，侧翼5和垂直翼6互相垂直；侧翼5的尾部设 置有安装孔，垂直翼6的尾部设置有安装孔；侧翼5平贴与顶部石墨板El接触，垂直翼6平贴与前石墨板Al或后石墨板Bl或 左石墨板Cl或右石墨板Dl接触；其中侧翼5的长度为14-16厘米，垂直翼6的长度为1946厘米。实施例3、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体内 部设置有石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3 ；石墨加热器1活动罩在石墨坩埚2的外围，支 撑板3设置于石墨坩埚2的底部；石墨加热器1由前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、 右石墨板Dl和顶部石墨板El围拢而成；前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板 Dl和顶部石墨板El均为矩形；顶部石墨板El与前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl分别依靠搭 接件4连接为一体；搭接件4由侧翼5和垂直翼6组成，侧翼5和垂直翼6互相垂直；侧翼5的尾部设 置有安装孔，垂直翼6的尾部设置有安装孔；侧翼5平贴与顶部石墨板El接触，垂直翼6平贴与前石墨板Al或后石墨板Bl或 左石墨板Cl或右石墨板Dl接触；其中侧翼5的长度为14-16厘米，垂直翼6的长度为1946厘米；顶部石墨板El的长度为61-63厘米，顶部石墨板El的宽度为39_41厘米，前石墨 板Al或后石墨板Bl或左石墨板Cl或右石墨板Dl的宽度为39-41厘米，前石墨板Al或后 石墨板Bl或左石墨板Cl或右石墨板Dl的高度为38-41厘米；采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石 墨加热器1的起始位置与终止的位置之间的上移全程为14cm-16cm，上移的时间为20- 小 时。本发明比较好的解决了微晶的问题，因改变GT Solar 450的热场，对于DSS炉来 说，径向的温度梯度趋向为0，降低加热器的高度，使得高温区下移，对于控制温度梯度，降 低固相和液相分凝面曲率有很好的效果，这是在GTSolar 450现有设备结构的基础上做的 最直接有效的改动。实施例4、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体内 部设置有石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3 ；石墨加热器1活动罩在石墨坩埚2的外围，支撑板3设置于石墨坩埚2的底部；石墨加热器1由前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、 右石墨板Dl和顶部石墨板El围拢而成；前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板 Dl和顶部石墨板El均为矩形；顶部石墨板El与前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl分别依靠搭 接件4连接为一体；搭接件4由侧翼5和垂直翼6组成，侧翼5和垂直翼6互相垂直；侧翼5的尾部设 置有安装孔，垂直翼6的尾部设置有安装孔；侧翼5平贴与顶部石墨板El接触，垂直翼6平贴与前石墨板Al或后石墨板Bl或 左石墨板Cl或右石墨板Dl接触；其中侧翼5的长度为14-16厘米，垂直翼6的长度为1946厘米；采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石 墨加热器1的起始位置与终止的位置之间的上移全程为14cm-16cm，上移的时间为20- 小 时。本发明比较好的解决了微晶的问题，因改变GT Solar 450的热场，对于DSS炉来 说，径向的温度梯度趋向为0，降低加热器的高度，使得高温区下移，对于控制温度梯度，降 低固相和液相分凝面曲率有很好的效果，这是在GTSolar 450现有设备结构的基础上做的 最直接有效的改动。实施例5、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体 内部设置有石墨加热器1、石墨坩埚2、支撑板3 ；石墨加热器1活动罩在石墨坩埚2的外 围，支撑板3设置于石墨坩埚2的底部；石墨加热器1由前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨 板Cl、右石墨板Dl和顶部石墨板El围拢而成；前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右 石墨板Dl和顶部石墨板El均为矩形；顶部石墨板El与前石墨板Al、后石墨板Bi、左石墨板Cl、右石墨板Dl分别依靠搭 接件4连接为一体；搭接件4由侧翼5和垂直翼6组成，侧翼5和垂直翼6互相垂直；侧翼5的尾部设 置有安装孔，垂直翼6的尾部设置有安装孔；侧翼5平贴与顶部石墨板El接触，垂直翼6平贴与前石墨板Al或后石墨板Bl或 左石墨板Cl或右石墨板Dl接触；其中侧翼5的长度为14-16厘米，垂直翼6的长度为1916厘米；采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石 墨加热器1的起始位置与终止的位置之间的上移全程为14cm-20cm，上移的时间为20- 小 时。本发明比较好的解决了微晶的问题，因改变GT Solar 450的热场，对于DSS炉来 说，径向的温度梯度趋向为0，降低加热器的高度，使得高温区下移，对于控制温度梯度，降 低固相和液相分凝面曲率有很好的效果，这是在GTSolar 450现有设备结构的基础上做的 最直接有效的改动。实施例6、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其中采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石墨加热器1的起始位置与终止的位置之 间的上移全程为14cm，上移的时间为28小时。其余同实施例5。实施例7、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其中采用的生产工艺如下用电机 驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石墨加热器1的起始位置与终止的位置之 间的上移全程为20cm，上移的时间为20小时。其余同实施例5。实施例8、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其中采用的生产工艺如下用电机 驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石墨加热器1的起始位置与终止的位置之 间的上移全程为16cm，上移的时间为M小时。其余同实施例5。实施例9、提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其中采用的生产工艺如下用电机 驱动移动件，移动件驱使石墨加热器1勻速上移，石墨加热器1的起始位置与终止的位置之 间的上移全程为15cm，上移的时间为22小时。其余同实施例5。实施例10、现有的提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其中侧翼的长度为14-16厘 米，垂直翼的长度为14-16厘米。其余工艺采用GT Solar 450的现有工艺。对比试验结果
权利要求
1.用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉体，炉体内部设置有石墨加 热器(1)、石墨坩埚O)、石墨加热器(1)活动罩在石墨坩埚(2)的外围，支撑板(3)设置于 石墨坩埚O)的底部；石墨加热器(1)由前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、右石墨板(Dl)和 顶部石墨板(El)围拢而成；前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl) 和顶部石墨板(El)均为矩形；顶部石墨板(El)与前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)分别 依靠搭接件(4)连接为一体；搭接件(4)由侧翼(5)和垂直翼(6)组成，侧翼(5)和垂直翼(6)互相垂直；侧翼(5) 的尾部设置有安装孔，垂直翼(6)的尾部设置有安装孔；侧翼(5)平贴与顶部石墨板(El)接触，垂直翼(6)平贴与前石墨板(Al)或后石墨板 (Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)接触。其特征在于侧翼(5)的长度短于垂直翼(6)的长度。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场，包括铸锭炉炉 体，炉体内部设置有石墨加热器(1)、石墨坩埚O)、支撑板(3)；石墨加热器(1)活动罩在 石墨坩埚(2)的外围，支撑板(3)设置于石墨坩埚(2)的底部；石墨加热器(1)由前石墨板 (Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)围拢而成；前石墨 板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)均为矩形；顶部石墨板(El)与前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)分别 依靠搭接件(4)连接为一体；搭接件(4)由侧翼(5)和垂直翼(6)组成，侧翼(5)和垂直翼(6)互相垂直；侧翼(5) 的尾部设置有安装孔，垂直翼(6)的尾部设置有安装孔；侧翼(5)平贴与顶部石墨板(El)接触，垂直翼(6)平贴与前石墨板(Al)或后石墨板 (Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)接触；其特征在于侧翼(5)的长度为14-16厘米，垂直翼(6)的长度为1916厘米。
3.提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体内部设置有石 墨加热器(1)、石墨坩埚(2)、支撑板(3)；石墨加热器(1)活动罩在石墨坩埚(2)的外围，支 撑板(3)设置于石墨坩埚(2)的底部；石墨加热器(1)由前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左 石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)围拢而成；前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、 左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)均为矩形；顶部石墨板(El)与前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)分别 依靠搭接件(4)连接为一体；搭接件(4)由侧翼(5)和垂直翼(6)组成，侧翼(5)和垂直翼(6)互相垂直；侧翼(5) 的尾部设置有安装孔，垂直翼(6)的尾部设置有安装孔；侧翼(5)平贴与顶部石墨板(El)接触，垂直翼(6)平贴与前石墨板(Al)或后石墨板 (Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)接触； 其特征在于侧翼(5)的长度为14-16厘米，垂直翼(6)的长度为1916厘米； 顶部石墨板(El)的长度为61-63厘米，顶部石墨板(El)的宽度为39-41厘米，前石墨 板(Al)或后石墨板(Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)的宽度为39-41厘米，前石墨板(Al)或后石墨板(Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)的高度为38-41厘米；采用的生产工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器(1)勻速上移，石墨 加热器(1)的起始位置与终止的位置之间的上移全程为14cm-16cm，上移的时间为20- 小 时。
4.提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，采用的铸锭炉炉体结构如下炉体内部设置有石 墨加热器(1)、石墨坩埚O)、支撑板(3)；石墨加热器(1)活动罩在石墨坩埚(2)的外围，支 撑板(3)设置于石墨坩埚(2)的底部；石墨加热器(1)由前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左 石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)围拢而成；前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、 左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)和顶部石墨板(El)均为矩形；顶部石墨板(El)与前石墨板(Al)、后石墨板(Bi)、左石墨板(Cl)、右石墨板(Dl)分别 依靠搭接件(4)连接为一体；搭接件(4)由侧翼(5)和垂直翼(6)组成，侧翼(5)和垂直翼(6)互相垂直；侧翼(5) 的尾部设置有安装孔，垂直翼(6)的尾部设置有安装孔；侧翼(5)平贴与顶部石墨板(El)接触，垂直翼(6)平贴与前石墨板(Al)或后石墨板 (Bi)或左石墨板(Cl)或右石墨板(Dl)接触； 其特征在于侧翼(5)的长度为14-16厘米，垂直翼(6)的长度为1916厘米；采用的生产工艺如 下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器(1)勻速上移，石墨加热器(1)的起始位置 与终止的位置之间的上移全程为Hcm-20cm，上移的时间为20-28小时。
5.根据权利要求4所述的提高成晶率的多晶铸锭生产工艺，其特征在于采用的生产 工艺如下用电机驱动移动件，移动件驱使石墨加热器(1)勻速上移，石墨加热器(1)的起 始位置与终止的位置之间的上移全程为15cm，上移的时间为22小时。
全文摘要
本发明涉及多晶铸锭炉热场和生产工艺的改进，特别是一种用于提高成晶率的多晶铸锭炉改良热场及生产工艺。本发明的技术方案包括铸锭炉炉体，炉体内部设置有石墨加热器、石墨坩埚、支撑板；石墨加热器活动罩在石墨坩埚的外围，支撑板设置于石墨坩埚的底部；石墨加热器由前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板围拢而成；前石墨板、后石墨板、左石墨板、右石墨板和顶部石墨板均为矩形。本发明的优点通过将搭接件的垂直翼适当延长的简单技术就可以明显提高成晶率。从而大大的提高了多晶硅片的转换效率和电性能。中杂和微晶现象很少，出现的比例也显著减少；本发明可以使排杂效果和长晶规律等都达到最佳效果。
文档编号C30B28/06GK102140681SQ201010276290
公开日2011年8月3日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年2月25日
发明者周建国, 徐志群, 胡董成 申请人:晶科能源有限公司