一种石墨加热器及硅晶体生长炉制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨加热器及硅晶体生长炉，所述石墨加热器用于硅晶体生长炉中，所述石墨加热器包括非闭合的环状的加热体，其两端分别形成所述加热体的第一端和第二端，所述加热体上设有至少两个电极脚；所述石墨加热器通过所述电极脚与电源连接，以使所述石墨加热器发热并产生磁场。从而能够抑制硅晶体生长炉中硅熔液对坩埚的壁的冲刷，减少熔体中O、C等杂质的含量，从而获得低含氧碳量的硅晶体，同时还有利于获得平整的固液生长界面。

A Graphite Heater and Silicon Crystal Growth Furnace

The invention discloses a graphite heater and a silicon crystal growth furnace. The graphite heater is used in a silicon crystal growth furnace. The graphite heater comprises an unclosed annular heater with two ends forming the first and second ends of the heater respectively. The heater is equipped with at least two electrode feet. The graphite heater is connected with a power supply through the electrode feet. The graphite heater is heated and a magnetic field is generated. Thus, the scouring of silicon melt on the crucible wall in the silicon crystal growth furnace can be restrained, and the content of impurities such as O and C in the melt can be reduced, so that the silicon crystal with low oxygen and carbon content can be obtained, and the smooth solid-liquid growth interface can also be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨加热器及硅晶体生长炉
本专利技术涉及太阳能发电领域，尤其涉及一种用于硅晶体生长的石墨加热器及硅晶体生长炉。
技术介绍
目前太阳能领域使用的晶体生长炉，主要包括用于生长多晶锭和单晶片的多晶铸锭炉和单晶生长炉。这些晶体生长炉通过石墨材质的加热器，现有技术中，石墨加热器通常采用板状蛇形结构，并通过三个石墨电极接头与水冷铜电极和铜电缆相连，接入外部的三相交流电；石墨材质的加热器是通过石墨电阻发热，进而将电能转化成热能，并通过热辐射将热量传递到炉腔内部的硅料上，然后通过对石墨加热器的对放置在坩埚内的硅料进行加热，使其完全熔化，然后通过控制石墨加热器的发热功率实现对温度的控制。然而，在硅料融化及长晶阶段，高温的硅熔液会与石英坩埚内表面接触并反应生成SiO等硅氧化合物，这些硅氧化合物有一部分溶解进入硅熔液内部，导致硅晶体中氧含量上升。在硅熔液中，由于温度和空间的限制，硅熔液还存在不同方向的对流，这些硅熔液流动会将更多的SiO气体带入硅熔液内，也加剧了硅熔液对坩埚内表面的冲刷，这进一步增加了硅晶体中的氧含量。硅晶体中的氧会与掺杂元素硼形成硼-氧复合体，在做成电池后，这些硼-氧复合体会造成光电转换效率显著衰减(光致衰减)，这会严重影响太阳能电池效率。尤其对发射极及背面钝化电池技术(PERC)等高效电池工艺，这种衰减更加明显，这会严重影响电池光电效率表现。因此，降低硅晶体中的氧含量，是非常必要和有意义的技术方向。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供一种能够降低硅晶体中的氧含量的石墨加热器及硅晶体生长炉。一种石墨加热器，用于硅晶体生长炉中，所述石墨加热器包括非闭合的环状的加热体，其两端分别形成所述加热体的第一端和第二端，所述加热体上设有至少两个电极脚；所述石墨加热器通过所述电极脚与电源连接，以使所述石墨加热器发热并产生磁场。作为优选，所述石墨加热器包括至少一个所述加热体，当加热体为两个或以上时，相邻两个所述加热体的间距大于10mm。作为优选，所述加热体由加热条围成，且所述加热条的截面为圆形，所述截面的直径大于5mm。作为优选，所述加热体为非闭合的圆环，所述圆环的外径与内径差值为1mm-100mm。作为优选，相邻两个所述加热体之间设有支撑件，以对多个所述加热体进行连接，且所述支撑件由绝缘材料制成。作为优选，所述加热体的第一端设有一个电极脚，其第二端设有另一个电极脚，所述电源为直流电。作为优选，所述加热体上均匀布设有六个电极脚，所述加热体采用星式接法或角式接法与电源连接，所述电源为三项交流电。一种硅晶体生长炉，包括炉体外壳、设置在所述炉体外壳内的保温层和生长坩埚，所述生长坩埚设置在所述保温层内，硅晶体生长炉还包括上述的石墨加热器，所述石墨加热器位于所述保温层与所述生长坩埚之间。作为优选，所述硅晶体生长炉还包括控制机构，所述加热体与所述控制机构连接，且能够在所述控制结构的作用下随着硅晶体的从下向上的生长方向而从下向上运动，以使硅晶体和硅溶液形成的固液界面始终位于所述加热体内，或者位于所述加热体形成的磁场范围内。与现有技术相比，本专利技术的石墨加热器及硅晶体生长炉的有益效果在于：通过对石墨加热器的形状进行改进，是石墨加热器在具有加热功能的同时还能产生磁场，从而能够抑制硅晶体生长炉中硅熔液对坩埚的壁的冲刷，减少熔体中SiO等杂质的含量，从而获得低含氧量的硅晶体，同时还有利于获得平整的固液生长界面。附图说明图1为本专利技术的硅晶体生长炉的实施例的结构示意图。附图标记：1-生长坩埚；2-加热体。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的石墨加热器及硅晶体生长炉作进一步详细描述，但不作为对本专利技术的限定。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种石墨加热器，用于硅晶体生长炉中，石墨加热器包括非闭合的环状的加热体2，加热体2的两端分别形成第一端和第二端，加热体2上设有至少两个电极脚(图中未示出)；石墨加热器通过电极脚与电源连接，以使石墨加热器发热并产生磁场。具体的，加热体由加热条围成，石墨加热器中可以包括两个或两个以上的加热体，进一步的，相邻两个加热体2之间的间距大于10mm，当加热条的截面为圆形时，加热条的截面直径大于5mm，另外，当加热体2为非闭合的圆环，且加热条的截面为其他形状时(例如矩形)，加热体2的圆环的外径与内径的差值为1mm-100mm。进一步的，为了增加加热体2的结构稳定性，在本专利技术提供的实施例中，相邻两个加热体2之间设有支撑件(图中未示出)，以对多个加热体2进行稳固连接，且支撑件由绝缘材料制成，其中，石墨加热器中所含加热体2的数量及相对距离可根据在同等供电功率下，所产生热量及磁感应力大小做适应调整，本专利技术实施例对此不做具体限定。另外，为了提高本专利技术的石墨加热器的适用范围，其中，加热体2上可设置两个、3个或六个电极脚；具体的，当供电电源为直流电时，加热体2的一端设有一个电极脚，其另一端设有另一个电极脚；当供电电源为三项交流电时，加热体2的一端设有三个电极脚，其另一端设有三个电极脚，同时可采用星式接法或角式接法与电源连接。另外，本专利技术还提供了一种硅晶体生长炉，包括炉体外壳(图中未示出)、设置在炉体外壳内的保温层(图中未示出)和生长坩埚1，生长坩埚1设置在保温层内，硅晶体生长炉还包括上述任意一种的石墨加热器，石墨加热器套设在保温层的外围，且位于炉体外壳与保温层之间。具体的，加热体2可以为螺旋状，为了获得更均匀的加热效果以及良好的磁感应强度，加热体2的顶端与生长坩埚1的顶端平齐，加热体2的下端与生长坩埚1的底端平齐，从而使得垂直于电磁场方向运动的硅熔体受到洛伦兹力的影响而发生偏转，从而抑制硅熔体对坩埚壁的接触和冲刷，减少进入硅熔液中的SiO，获得低氧含量的硅晶体，同时，由于抑制了垂直于磁场方向的硅熔体的对流，因此，还有利于获得平整的固液生长界面，有利于减少硅晶体中的位错等晶体质量缺陷。另外，本专利技术实施例的硅晶体生长炉中的石墨加热器，通电后不仅能够产生热量，同时也能够缠身磁场，因此大大降低了能耗。另外，如图1，硅晶体生长炉还包括控制机构，圆环状的加热体2与控制机构连接，且能够在控制结构的作用下随着硅晶体的从下向上的生长方向而从下向上运动，以使硅晶体和硅溶液形成的固液界面始终位于圆环状的加热体2内，或者位于圆环状的加热体2形成的磁场范围内，当然，也可以根据硅晶体的生长速度的经验，将加热体2的运动速度控制在5mm/h-20mm/h，优选为10mm/h时，便能使硅晶体和硅溶液形成的固液界面始终位于加热体2内，或者位于加热体2形成的磁场范围内。如图1所示，当加热体2套设在生长坩埚1外，并且加热体2随着硅晶体的从下向上的生长方向而从下向上运动时，在较小的能耗下，使得固液界面处始终存在磁场，加热体2产生的磁场中的磁感线会垂直穿过生长坩埚1的侧壁，硅溶液的带电粒子在平行于生长坩埚1的侧壁方向上发生对流时会受到洛伦兹力的作用，从而会抑制硅溶液的对流，进而生长坩埚1表面的氮化硅层得到了有效的保护，硅溶液不与生长坩埚1直接接触，减少了硅溶液中的氧含量，生长的硅晶体的氧含量会降低，同时，还可以针对性的改善固液界面附近的对流，使固液界面更加平坦。另外，石墨加热器还可以包括三个交叉设置的非闭合的圆环状的加热体2，其中，三个加热体2呈一定夹角设置，且通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨加热器，用于硅晶体生长炉中，其特征在于，所述石墨加热器包括非闭合的环状的加热体，其两端分别形成所述加热体的第一端和第二端，所述加热体上设有至少两个电极脚；所述石墨加热器通过所述电极脚与电源连接，以使所述石墨加热器发热并产生磁场。

【技术特征摘要】
1.一种石墨加热器，用于硅晶体生长炉中，其特征在于，所述石墨加热器包括非闭合的环状的加热体，其两端分别形成所述加热体的第一端和第二端，所述加热体上设有至少两个电极脚；所述石墨加热器通过所述电极脚与电源连接，以使所述石墨加热器发热并产生磁场。2.根据权利要求1所述的石墨加热器，其特征在于，所述石墨加热器包括至少一个所述加热体，当加热体为两个或以上时，相邻两个所述加热体的间距大于10mm。3.根据权利要求2所述的石墨加热器，其特征在于，所述加热体由加热条围成，且所述加热条的截面为圆形，所述截面的直径大于5mm。4.根据权利要求2所述的石墨加热器，其特征在于，所述加热体为非闭合的圆环，所述圆环的外径与内径差值为1mm-100mm。5.根据权利要求2所述的石墨加热器，其特征在于，相邻两个所述加热体之间设有支撑件，以对多个所述加热体进行连接，且所述支撑件由绝缘材料制成。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，陈骏，张涛，刘瑞鸿，
申请(专利权)人：镇江仁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32