一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器及多晶硅铸锭炉制造技术

本实用新型专利技术公开一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，包括支架、顶部加热器、侧部加热器以及石墨电极组件；侧部加热器包括设置在支架侧面上的多个侧部加热模块，支架的每个侧面设置一个侧部加热模块，每个侧部加热模块由多个发热单元组合而成；每个侧部加热模块中的发热单元从下到上分成若干组加热组件；侧部加热模块在同一高度上的加热组件的总电阻值相同，同一侧部加热模块中的各个加热组件的总电阻值从下到上呈由小到大分布。组合式加热器能够在竖直方向上形成稳定的温度梯度，且该温度梯度的控制更加方便和精确。本实用新型专利技术还公开一种多晶硅铸锭炉，该多晶硅铸锭炉在组合式加热器的作用下获得理想的温度分布梯度，从而能够获得更高品质的硅锭。

Combined heater and polysilicon ingot furnace for polysilicon ingot furnace

The utility model discloses a composite heater for a polysilicon ingot furnace, which comprises a bracket, a top heater, a side heater and a graphite electrode assembly, and a side heater comprises a plurality of side heating modules on the side of the support, and each side of the bracket is set up with a side heating module, and each side heating module is used. The heating unit in each side heating module is divided into several groups of heating components from lower to upper, and the total resistance value of the heating module at the same height is the same, and the total resistance value of each heating module in the same side heating module is from lower to upper distribution from the bottom to the upper. The combined heater can form a stable temperature gradient in the vertical direction, and the control of the temperature gradient is more convenient and accurate. The utility model also discloses a polysilicon ingot furnace. The polysilicon ingot furnace can obtain an ideal temperature distribution gradient under the action of a combined heater, so that a higher quality silicon ingot can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器及多晶硅铸锭炉
本技术涉及一种多晶硅铸锭设备，具体涉及一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器及包含该加热器的多晶硅铸锭炉。
技术介绍
目前，太阳能电池(组)多为多晶硅太阳能电池，其中，晶体硅材料是最主要的光伏材料，并且晶体硅材料在今后相当长的一段时间里也依然是太阳能电池的主流材料。通常情况下，制造多硅晶的设备是铸锭炉，而现有的多晶硅铸锭炉主要由炉体、隔热笼、坩埚、加热器以及热交换台等结构构成。现有多晶硅铸锭炉的工作原理是：当硅材料加热到熔融状态后，将隔热笼从下向上打开，由于坩埚设置在热交换台上，因此坩埚的底部首先冷却，硅液在该部位形成晶核并开始长晶，由于隔热笼从下向上移动，在竖直方向上形成下部低温、上部高温的温度分布，使得长晶界面(等温线)从下逐渐向上移动，让晶体从下向上生长。众所周知，长晶方向与晶体的品质息息相关，若想制造高纯度多晶硅，关键是要保证垂直方向温度梯度和径向长晶界面水平度，亦即让晶体从下垂直地向上生长。现有的多晶硅铸锭炉中，加热器通常包括顶部加热器和侧向加热器，为了让各个部位均匀受热，加热器在其热辐射范围内的加热量是均匀的，例如申请公布号为CN106757338A的技术专利申请文公开的“多晶硅铸锭炉的石墨加热器及多晶硅铸锭炉”，授权公告号为CN103541003B的技术专利公开的“多晶硅铸锭炉”等，这种多晶硅铸锭炉的硅液在结晶之前，侧向的温度是均匀的，在长晶过程中，必须通过对隔热笼提升的速度进行合理的控制，才能获得理想的垂直方向的温度梯度，让长晶界面水平地从下向上生长，然而隔热笼的开启过程与最佳的长晶过程之间难以精准地配合，在实际生产中会存在以下的不足：1、长晶界面向上的移动速度难以精准控制，隔热笼的提升速度如果过慢，就会导致长晶界面向上的移动慢，效率低，并影响晶体品质，隔热笼的提升速度如果过快，上方的硅液比下方的硅液更快冷却，就不能保证长晶界面从下向上生长，严重影响晶体品质；2、隔热笼的提升速度较慢，影响生产效率。
技术实现思路
本技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，该加热器能够使得铸锭炉在竖直方向上形成稳定的温度梯度，利用自然的竖向温度分布来促使晶体生长，提高多硅晶的长晶效率以及晶体的纯度。本技术的目的通过以下技术方案实现：一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，包括支架、设置在支架顶端的顶部加热器、设在支架侧向的侧部加热器以及石墨电极组件；其特征在于，所述侧部加热器包括设置在支架侧面上的多个侧部加热模块，支架的每个侧面设置一个侧部加热模块，每个所述侧部加热模块由多个发热单元组合而成；每个侧部加热模块中的发热单元从下到上分成若干组加热组件；所有侧部加热模块在同一高度上的加热组件的总电阻值相同，同一侧部加热模块中的各个加热组件的总电阻值从下到上呈由小到大分布。上述多晶硅铸锭炉的组合式加热器的工作原理是：本技术中发热单元的电阻值、尺寸、形状可以做成不同的规格，形成发热单元库待选用；由于同一侧部加热模块中的各个加热组件的总电阻值从下到上呈由小到大分布，而所有侧部加热模块在同一高度上的加热组件的总电阻值相同，因此在对硅原料加热熔融后，硅液外侧的温度从下到上呈由小到大的规律分布，并且相邻两组加热组件的交接位置处，通过局部位置的热交换，温度不会出现跳跃式变化，而会形成自然过渡，使得硅液外侧的温度从下到上温度均匀上升；这样在结晶时，可以把隔热笼一次性打开，让硅液外侧的从下到上具有相同的散热条件，由于下部的温度低，散热快，硅液从底部开始长晶，随着时间的推移，结晶温度线逐渐上移，使得长晶界面逐步的垂直向上移动，由于硅液四周的温度环境一致，因此长晶界面会保持为水平状态，从而能够获得均匀的垂直向上生长的高品质多晶硅。本技术的一个优选方案，其中，所述石墨电极组件包括与顶部加热器连接的第一石墨电极组以及与侧部加热器连接的第二石墨电极组；所述第一石墨电极组和第二石墨电极组分别与第一三相电源和第二三相电源连接。通过三相电源给顶部加热器和侧部加热器供电，使得在输送相同的加热功率上所使用的时间比直流电源短，能够提高效率，同时能够提供稳定的电压，保证发热单元能够均匀发热；另外，由于顶部加热器和侧部加热器连接在不同的三相电源上，通过控制两个三相电源的电压比，从而可以改变顶部加热器与侧部加热器的功率比，从而更有利于获得需要的温度梯度。本技术的一个优选方案，其中，当所述加热组件中的发热单元为多个时，这些发热单元沿竖向或/和径向排列。这样可以以每组加热组件的总电阻值作为目标，根据加热组件在竖直方向的高度并结合安装空间，灵活选择合适电阻值和尺寸的发热单元进行组合。本技术的一个优选方案，其中，所述发热单元包括蛇形的发热单元以及板状的发热单元。蛇形结构的发热单元有利于节省材料，并且在后续的散热过程中有利于散热，可以通过在不同位置特意设置蛇形的发热单元，有利于在后续散热过程中让该部位加快散热，从而更有利于获得需要的温度分布；而板状的发热单元则在径向和竖向均能很好地与蛇形的发热单元进行组合搭配。本技术的一个优选方案，其中，所述支架包括四个连接板，每个连接板包括中间部以及连接在中间部两侧的两个连接部；每个连接板中的两个连接部分别与相邻两个侧部加热模块中的发热单元的一端连接；所述四个连接板将所有的发热单元连接一起形成矩形框结构。这种矩形结构的支架形态不但便于加热单元的安装固定，简化加热单元的结构，而且也有利于保证支架的各个侧面具有一致的加热条件和温度分布，在圆周方向上不会出现温度分布的差异。本技术的一个优选方案，其中，每个连接部上均设有多个沿竖向排列的用于与发热单元连接的安装孔；每个发热单元的两端均设有与所述安装孔配合的固定孔；所述发热单元通过螺栓连接在连接板的连接部上。本优选方案的好处在于方便发热单元的安装和拆卸，并且由于安装孔沿竖向排列，从而可以灵活地调节发热单元在竖直方向的固定位置，也可以适应于不同尺寸规格的发热单元的固定，通用性好，更好地实现发热单元的灵活组合。本技术的一个优选方案，其中，所述顶部加热器包括五个顶部蛇形发热单元以及用于将每个顶部蛇形发热单元连接固定一起的固定连接块。通过设置蛇形状的顶部加热器，能够节省材料，便于加工和后续散热；另外，通过固定连接块将顶部蛇形发热单元连接固定，有利于顶部蛇形发热单元的安装和拆卸。本技术的一个优选方案，其中，所述第一石墨电极组包括三个第一石墨电极，并且均匀地设置在顶部蛇形发热单元上；三个所述第一石墨电极将五个所述顶部蛇形发热单元平分为三个电阻值相等的顶部发热块；三个所述第一石墨电极分别与第一三相电源的U、V、W相相连。本优选方案的好处在于使得顶部加热器的顶部蛇形发热单元能够得到相同的电压，从而在顶部加热器内获得均匀的热场。本技术的一个优选方案，其中，所述第二石墨电极组有三个，并将所述侧部加热器上的加热组件在圆周方向上等分成电阻值相同的三部分；在加热组件上与所述第二石墨电极对应处设有用于连接第二石墨电极和加热组件的导电连接组件，所述连接板由导电材料制成；所述导电连接组件包括安装固定在加热组件上的竖板以及设置在竖板上端的横板，所述第二石墨电极设置在横板上；三个所述第二石墨电极分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，包括支架、设置在支架顶端的顶部加热器、设在支架侧向的侧部加热器以及石墨电极组件；其特征在于，所述侧部加热器包括设置在支架侧面上的多个侧部加热模块，支架的每个侧面设置一个侧部加热模块，每个所述侧部加热模块由多个发热单元组合而成；每个侧部加热模块中的发热单元从下到上分成若干组加热组件；所有侧部加热模块在同一高度上的加热组件的总电阻值相同，同一侧部加热模块中的各个加热组件的总电阻值从下到上呈由小到大分布。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，包括支架、设置在支架顶端的顶部加热器、设在支架侧向的侧部加热器以及石墨电极组件；其特征在于，所述侧部加热器包括设置在支架侧面上的多个侧部加热模块，支架的每个侧面设置一个侧部加热模块，每个所述侧部加热模块由多个发热单元组合而成；每个侧部加热模块中的发热单元从下到上分成若干组加热组件；所有侧部加热模块在同一高度上的加热组件的总电阻值相同，同一侧部加热模块中的各个加热组件的总电阻值从下到上呈由小到大分布。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，其特征在于，所述石墨电极组件包括与顶部加热器连接的第一石墨电极组以及与侧部加热器连接的第二石墨电极组；所述第一石墨电极组和第二石墨电极组分别与第一三相电源和第二三相电源连接。3.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，其特征在于，当所述加热组件中的发热单元为多个时，这些发热单元沿竖向或/和径向排列。4.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，其特征在于，所述发热单元包括蛇形的发热单元以及板状的发热单元。5.根据权利要求2所述的一种多晶硅铸锭炉的组合式加热器，其特征在于，所述支架包括四个连接板，每个连接板包括中间部以及连接在中间部两侧的两个连接部；每个连接板中的两个连接部分别与相邻两个侧部加热模块中的发热单元的一端连接；所述四个连接板将所有的发热单元连接一起形成矩形框结构。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：南志华，周莉，李文红，杨宗明，翟雨佳，
申请(专利权)人：深圳市石金科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44