一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构的制作方法

一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构的制作方法
【专利摘要】一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其包括固定套管（1），导流筒本体（2），所述导流筒本体（2）置于固定套管（1）中，导流筒本体（2）的下端呈锥形，锥形小端的直径小于坩埚盖板（3）中心孔（11）的直径，导流筒本体（2）的锥形下端能够伸入坩埚盖板（3）的下方。本实用新型通过独特的结构设计，可以降低导流筒本体（2）下端与硅熔体（8）水平距离（9），从而提高进气气体的吹扫能力，因此硅晶体的碳氧等杂质含量比传统导流筒结构的杂质含量要低，晶体质量也有提高。
【专利说明】一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多晶硅铸锭炉热场装备技术，尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构。
[0002]技术背景:
[0003]随着现代社会的不断进步，石油、煤炭、天然气等自然资源被大量消耗，资源匮乏的问题已经越来越突出，已经成为人类面临的巨大威胁与挑战。人类社会的可持续发展，必须寻求新的能源发展道路。大力开放光伏，风电为代表的新能源，是可持续的能源发展之路。
[0004]其中晶体娃光伏技术是目前主流的光伏发电技术，晶娃光伏的产业链相对较长，跨越了多晶硅生产，晶体生长及切割，电池片制造及组件封装等等，硅晶体为光伏发电的基础，硅片质量很大程度上决定了后续电池的效率及成本，硅片质量主要由其晶体生长过程所决定，同时晶体生长过程受到很多因素的影响，如热场高温环境，杂质的产生及输运等。
[0005]硅晶体的生长，一般分为多晶铸锭，单晶提拉以及区熔生长三种方法。其中多晶铸锭为典型的熔体固化的生长方法:多晶硅原料先在高温下被加热融化成熔体，然后通过底部冷却，向上定向凝固开始晶体生长，其生长过程相对缓慢，在生长完成后，晶体进行退火冷却到常温。因为生长周期长，生长温度很高，热场内部包含有石英坩埚，液态硅，碳基保温毡，石墨加热器等，物理化学过程相对复杂，各种杂质气体作为中间产物，残留在炉体热场内部或者溶于硅熔体而不被排出，或者与材料本身发生反应形成固态杂质，最终存在于晶体中，极大地影响了晶体的质量。
[0006]例如，在硅晶体的生长过程中，硅熔体与石英坩埚接触时，以及S1与石墨加热器等接触时，高温下会发生如下反应:Si (液)+S12(固)=2Si0(气)；S1(气)+2C=C0(气)+SiC(固)；上述反应中产生的杂质气体，如果不能被快速带走，将会被硅熔体溶解吸收，从而在熔体内形成饱和析出。因此，若在硅晶体生长过程中尽量多地除去S1, CO等杂质气体、避免碳氧等杂质被溶体溶解吸收,将会有利于提闻娃晶体的质量。
[0007]在炉体内利用高纯氩气吹扫，是一种通用的去除硅晶体热场中S1，CO等杂质气体的方法。对于多晶铸锭炉而言，现有技术中的导流筒本体是静置于坩埚盖板的上部，当硅料完全熔化后坩埚盖板距离硅熔体面比较远。高纯氩气从中部的导流筒本体以一定速度吹出，尽管氩气有所发散，但是大部分气流还是沿着液体表面吹扫，只是强度相对弱很多，这样不能更多地除去石英坩埚内的S1，CO等杂质气体。
[0008]实用新型内容:
[0009]针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉锥形导流筒结构,可以更多地除去石英;fc甘祸内的S1, CO等杂质气体，提闻晶体质量。
[0010]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，包括固定套管，导流筒本体；所述导流筒本体置于固定套管中，所述导流筒本体的下端呈锥形，锥形小端的直径小于坩埚盖板中心孔的直径，所述导流筒本体的锥形下端能够伸入坩埚盖板的下方。
[0011]进一步，所述导流筒本体的下端的锥度:5° <锥度<120°。
[0012]进一步，所述导流筒本体的下端与硅熔体的距离为30?200mm。
[0013]进一步，所述导流筒本体的材质为石墨或炭-炭复合材料或钥。
[0014]进一步，所述坩埚盖板为炭-炭复合材料板或石墨板或钥板。
[0015]进一步，所述坩埚盖板的厚度为2?15mm。
[0016]多晶铸锭过程分为:装料，熔化，长晶，退火，冷却几个步骤。
[0017]1.在换成锥形导流筒本体后，硅料堆积仍然溢出石英坩埚顶部，而导流筒本体由于下部较小，在坩埚盖板中心孔处被不规则形状的硅料挡住而托起；
[0018]2.硅料开始部分熔化，因此硅料的高度随之下降，锥形导流筒本体亦随之下坠，仍然被不规则硅料所挡住而托起；
[0019]3.硅料完全熔化后，或者锥形导流筒本体下坠到特定高度后，此时导流筒本体已经深入到坩埚盖板下方一定距离，最后由于直径大于中心孔直径而被固定；
[0020]4.硅熔体开始固化，晶体开始生长，而此时导流筒本体深入到盖板下方，比传统的导流筒本体更加接近熔体表面，因而其氩气对熔体表面的吹扫能力得到加强。同时由于圆锥口径小，气体喷射速度快，吹扫能力也会被加强。
[0021]本实用新型与现有技术相比，有以下优点:
[0022](I)本实用新型的锥形导流筒本体深入了石英坩埚内，降低了导流筒本体下端至硅熔体水平面的距离，提高了进气气体的吹扫能力，可以更多地除去石英坩埚内的S1，CO等杂质气体，从而提闻晶体质量；
[0023](2)本实用新型的锥形导流筒结构简单，安装拆卸方便，可靠性高。

【专利附图】

【附图说明】
[0024]图1为本实用新型锥形导流筒结构在装料状态下的示意图；
[0025]图2为本实用新型锥形导流筒结构在熔化过程中的示意图；
[0026]图3为本实用新型锥形导流筒结构在完全熔化状态下的示意图；
[0027]图4为本实用新型导流筒本体结构示意图；
[0028]图5为本实用新型坩埚盖板结构示意图。

【具体实施方式】
[0029]以下结合实例对本实用新型作进一步说明。
[0030]实施例1
[0031]参照图1，本实施例锥形导流筒包括固定套管1、导流筒本体2，导流筒本体2置于固定套管I中，导流筒本体2下端呈锥形，锥形小端的直径小于坩埚盖板3的中心孔11的直径，导流筒本体2能伸入坩埚盖板3的下方。
[0032]导流筒本体2下端的锥度10为5°，导流筒本体2的材质为石墨。
[0033]坩埚盖板3为炭-炭复合材料板，厚度为6mm。
[0034]工作时，在将石英坩埚4装满块状硅料6，将石英坩埚4置于坩埚底板7上方正中，石英坩埚4的四周安装坩埚护板5，将石英坩埚4连同硅料6、坩埚底板7、坩埚护板5置于多晶硅铸锭炉中，然后将导流筒本体2置于坩埚盖板3上，导流筒本体2的锥形小端对坩埚盖板3的中心孔11，块状硅料6将导流筒本体2顶起。
[0035]熔化:将铸锭炉内加热，块状硅料6开始部分熔融，因此，块状硅料6的高度随之下降，导流筒本体2亦随之下坠，仍然被不规则硅料所托起(如图2所示)。块状硅料6全部熔化后，由于导流筒本体2锥体部分上部的直径大于中心孔11直径而被固定，此时导流筒本体2的下部已经伸入到坩埚盖板3下方，导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为30mm，高纯氩气从固定套管I以一定速度吹出，吹至石英坩埚4内(如图3所示)。
[0036]铸锭炉内继续进行长晶、退火、冷却、出炉等步骤。
[0037]与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变)，本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测，碳含量降低25.6%，氧含量降低28.5%,晶体质量有所提闻。
[0038]实施例2
[0039]本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于，导流筒本体2下端的锥度10为120°，导流筒本体2的材质为炭-炭复合材料；
[0040]樹埚盖板3为石墨板,厚度为15mm ；
[0041]导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为200mm。
[0042]与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变)，本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测，碳含量降低15.9%，氧含量降低14.2%,晶体质量有所提闻。
[0043]实施例3
[0044]本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于，导流筒本体2下端的锥度10为15°，导流筒本体2的材质为钥；
[0045]i甘埚盖板3为钥板,厚度为2mm ；
[0046]导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为60mm。
[0047]与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变)，本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测，碳含量降低24.3%，氧含量降低21.7%,晶体质量有所提闻。
[0048]实施例4
[0049]本实施例锥形导流筒与实施例1的区别仅在于，导流筒本体2下端的锥度10为30°，导流筒本体2的材质为炭-炭复合材料；
[0050]樹埚盖板3为钥板,厚度为2mm ；
[0051]导流筒本体2下端与硅熔体8水平面的距离9为100mm。
[0052]与现有技术中的导流筒本体2静置于坩埚盖板上方的这种铸锭方式相比(其他铸锭工艺参数不变)，本实用新型锥形导流筒结构生产的硅锭出炉后检测，碳含量降低20.1%，氧含量降低19.3%,晶体质量有所提闻。
[0053]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实施例1的区别仅在于，对以上实施例所作的任何修改、变更以及等效结构变换，均仍属本实用新型技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，包括固定套管(1)，导流筒本体(2)，所述导流筒本体(2 )置于固定套管(I)中，其特征在于，所述导流筒本体(2 )的下端呈锥形，锥形小端的直径小于坩埚盖板(3)中心孔(11)的直径，导流筒本体(2)的锥形下端能够伸入坩埚盖板(3)的下方。
2.根据权利要求1所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述导流筒本体(2)下端的锥度(10)，5° <锥度(10) <120°。
3.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述导流筒本体(2)下端与硅熔体(8)的距离(9)为30?200_。
4.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述导流筒本体(2)的材质为石墨或炭-炭复合材料或钥。
5.根据权利要求3所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述导流筒本体(2)的材质为石墨或炭-炭复合材料或钥。
6.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钥板。
7.根据权利要求3所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钥板。
8.根据权利要求4所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述坩埚盖板(3)为炭-炭复合材料板或石墨板或钥板。
9.根据权利要求1或2所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述坩埚盖板(3)的厚度为2?15mm。
10.根据权利要求6所述多晶硅铸锭炉的锥形导流筒结构，其特征在于:所述坩埚盖板(3)的厚度为2?15_。
【文档编号】C30B28/06GK203923456SQ201420322224
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】吕铁铮 申请人:湖南大学