一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，包括升降隔热板、隔热底板、定向助凝块、隔热垫、内隔热笼、外隔热笼、石墨护板、成核涂层、陶瓷坩埚、散热锥孔、提升机构、加热器、支撑柱和液压机构；所述下炉体设置有控制升降隔热板机构；所述炉体中设置有内隔热笼和外隔热笼；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设有护板，底部设有定向助凝块、隔热底板和升降隔热板，所述上炉体内设有加热器；本新型采取套层内、外隔热笼方式，在内隔热笼上设置散热锥孔，在坩埚底部设置升降式隔热板，解决了降温不均匀、温度变化过于突然、中心温度降低效率差的问题，所制备的多晶硅铸锭晶粒细小、光能转化率高。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种多晶硅铸锭炉套层隔热笼
本技术涉及一种太阳能电池多晶硅铸锭生产技术设备领域，特别涉及一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼。
技术介绍
太阳能电池制造业发展最速，以超过50%的速度高速增长。在各种类型的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池由于转换率高，技术成熟而保持领先地位。晶体硅太阳能光伏组件的完整产业链包括铸锭、切片、电池和组件四部分，而铸造多晶硅锭是生产多晶硅太阳能光伏组件的第一个步骤。多晶硅锭一般采用多晶硅铸锭炉，通过多晶硅铸锭炉铸造高品质多晶硅锭是提高电池转换效率的关键因素和基本如提。制备晶粒均匀细小的多晶娃能够保证多晶娃铸淀的品质。目前制备均匀小晶粒的方法主要依靠在长晶初期加大铸锭炉底部的降温速度，以获得较大的过冷度， 达到细化晶粒的目的。具体操作方案是在硅料熔化完成后，迅速提升隔热笼，使得铸锭炉底部散热量加大，形核量增大，在坩埚底部形成晶粒比较细小的母相后，适当减小隔热笼的开度，在适宜的温度下继续完成剩余的长晶过程。增大长晶初期铸锭炉底部散热速度以加大过冷度的方法可以实现生长小晶粒的目的，但是这种生产方法存在以下缺点:1、突然增大温度变化率对坩埚和涂层产生影响，如果坩埚涂层存在缺陷，则很容易发生粘埚甚至泄露等生产事故；2、突然增大的降温变化率会对后面正常的长晶过程造成影响，导致硅锭长晶速率波动较大，造成多晶硅锭缺陷、位错增多；3、铸锭炉主要依靠提升隔热笼来实现降低底部温度的目的，但是单纯的提升隔热笼，定向助凝块四边的散热速率高于中央的散热速率，这种降温模式会形成水平方向上的温度梯度，最终会影响硅锭晶粒的垂直度。因此，本技术提供了一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，针对现有技术中硅铸锭工艺降温不均匀、温度变化过于突然以及铸锭低部温度冷却不均匀、铸锭中心温度降低效率差的问题，采取套层内、外隔热笼方式，并在内层隔热笼壁上设置多层散热锥孔，在坩埚底部隔热板上设置可升降式隔热板，从而实现多晶硅铸锭生产过程温度控制的均匀性、稳定性，并获得超细晶粒多晶硅铸锭产品。为达到上述目的，本技术的技术方案如下:一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，包括升降隔热板、隔热底板、定向助凝块、隔热垫、内隔热笼、外隔热笼、石墨护板、硅料、成核涂层、陶瓷坩埚、散热锥孔、炉架、下炉体、上炉体、提升机构、铜馈线管、惰性气体管、加热器、支撑柱和液压机构，其特征在于:所述多晶硅铸锭炉结构是:由炉架支撑上炉体和下炉体，所述上炉体与下炉体由双层冷却系统构成并扣合为一体，所述下炉体通过底部的液压系统或电机驱动打开或关闭，并设置有控制升降隔热板机构；所述上炉体外侧设置有惰性气体管、测温传感器、电源馈入铜管、真空管道、防护层等配套设施；所述下炉体内设置有支撑柱，用于支撑坩埚组件；所述下炉体炉壁为大流量冷却水壁，主要用于吸收高温坩埚所辐射出来的热量；所述炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，分别通过提升机构可以提升或者下降控制；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述散热锥孔为喇叭口形，所述喇叭口方向朝向外侧，便于散射更多的热量；所述坩埚四周设置有石墨护板，所述坩埚底部石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有隔热底板，所述隔热底板为方环形隔热板，所述隔热底板中间设置有四棱锥形的可升降隔热板，在炉体底部液压控制下可实现升降隔热板的打开或者关闭操作；所述上炉体内坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述坩埚内装填有待熔融硅料，所述坩埚底部与定向助凝块相接，所述定向助凝块下方设置有与升降隔热板四棱锥体匹配的空心锥体结构，在升降隔热板关闭时，恰好彼此匹配对接。所述内隔热笼下部分设置有多层散热孔，所述散热孔为喇叭口形状，朝向外侧开口，所述散热孔设置有多层，每层散热孔至少设置5个以上，所述散热孔外孔直径为80mm—220mm ；内孔直径为60mm—165mm ;所述散热孔从下至上,逐层孔径缩小，缩小直径距离为IOmm — 50mm ;所述散热孔层间距为下层孔径的二分之一。所述内隔热笼的散热孔设置，配合外散热笼一起提升作用，可很好的实现对坩埚中硅液的温度控制，使得定向温差方向正确，避免了体系中突然大幅度温度变化带来的缺陷；由于使用内隔热笼设计，可以分别提升内隔热笼与外隔热笼体，而内隔热笼壁上设置有多层散热孔，就发挥了减缓温度突然变化的缺点，使温度缓慢降低，坩埚辐射的热量均匀扩散。所述升降隔热板设置于下炉体内，与定向助凝块匹配互接，均为四棱锥体结构，所述升降隔热板通过炉外液压系统可降低可升起，在长晶过程中，特别是初生晶期间，升降隔热板打开后，由于定向助凝块底部设置有四棱锥空心结构，一方面增加了定向助凝块底部的散热面积，另一方面是降低的升降助凝块四棱锥体表面是倾斜面，可将助凝块辐射的热量折射到下炉体水冷却壁上，实现了坩埚体中心区域降低温度的作用，由此可确保整体硅晶内部与四周的温度散射均匀，为整体硅晶的定向生长提供充足的散热条件。所述坩埚内底面经过预处理，喷涂有石英砂涂层，涂层用于为多晶硅成核提供微观结构的形核区域；进一步的，所述坩埚内表面喷涂有氮化硅涂层，用于隔离硅液与陶瓷坩埚体，以便于脱模和防止黏埚现象发生。所述定向助凝块与坩埚底护板之间，沿坩埚四周设置有硬碳毡隔热垫，用于减缓坩埚四周的热量散失，确保温度均匀和避免晶体内外温度差异。本技术的工艺流程是:1、上炉体、下炉体和各种配套设备检查与准备；2、坩埚组件准备；3、坩埚内部底面喷涂石英砂涂层；4、坩埚内部表面喷涂氮化硅涂层；5、装配坩埚组件；6、装填硅料；7、装埚；8、封炉；9、产前检测；10、工艺参数设定；11、真空换气；12、加热升温工序；13、硅料熔化工序；14、初期形核工序，开起升降隔热板；15、定向长晶工序，分步骤开起内隔热笼与外隔热笼；16、退火工序；17、冷却工序；18、出炉。通过上述技术方案，本技术技术方案的有益效果是:通过采取套层内、外隔热笼方式，并在内层隔热笼壁上设置多层散热锥孔，在坩埚底部隔热板上设置可升降式隔热板技术手段，解决了硅铸锭工艺降温不均匀、温度变化过于突然以及铸锭低部温度冷却不均匀、铸锭中心温度降低效率差的问题，实现了多晶硅铸锭生产过程温度控制的均匀性、稳定性，使温程过程均匀稳定，温差定向性好，铸锭中心与铸锭四周温度变化相近，整体温度梯度可控，缩短了铸锭工艺时间，所制备的多晶硅铸锭产品晶粒细小、光能转化率高。【附图说明】为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例所公开的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼外隔热笼提升示意图；图2为本技术实施例所公开的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼内隔热笼提升示意图；图3为本技术实施例所公开的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼可升降式隔热底板俯视图不意图；图4为本技术实施例所公开的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼可升降式隔热底板剂视图不意图；图5为本技术实施例所公开的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，其特征在于，包括升降隔热板、隔热底板、定向助凝块、隔热垫、内隔热笼、外隔热笼、石墨护板、硅料、成核涂层、陶瓷坩埚、散热锥孔、炉架、下炉体、上炉体、提升机构、铜馈线管、惰性气体管、加热器、支撑柱和液压机构；所述炉架支撑上炉体和下炉体，所述下炉体通过底部的液压系统或电机驱动与上炉体扣合打开或关闭，并设置有控制升降隔热板机构；所述下炉体内设置有支撑柱；所述炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，通过提升机构可以分别控制提升或下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设置有石墨护板，所述坩埚底部的石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有隔热底板和升降隔热板，所述坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述坩埚内装填有待熔融硅料。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，其特征在于，包括升降隔热板、隔热底板、定向助凝块、隔热垫、内隔热笼、外隔热笼、石墨护板、硅料、成核涂层、陶瓷坩埚、散热锥孔、炉架、下炉体、上炉体、提升机构、铜馈线管、惰性气体管、加热器、支撑柱和液压机构；所述炉架支撑上炉体和下炉体，所述下炉体通过底部的液压系统或电机驱动与上炉体扣合打开或关闭，并设置有控制升降隔热板机构；所述下炉体内设置有支撑柱；所述炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，通过提升机构可以分别控制提升或下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设置有石墨护板，所述坩埚底部的石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有隔热底板和升降隔热板，所述坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述坩埚内装填有待熔融硅料。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉套层隔热笼，其特征在于，所述内隔热笼下部分设置有多层散热锥孔，所述散热锥孔为喇叭口形状，朝向外侧开口 ；所述散热...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴贤，
申请(专利权)人：常州兆晶光能有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32