一种低杂质多晶硅铸锭炉制造技术

本发明专利技术的一种低杂质多晶硅铸锭炉，属于多晶硅铸锭领域，具有铸锭炉体、隔热笼、热交换台、石英坩埚、坩埚底板、石墨护板、石墨加热器、石墨支撑腿、侧部保温毡、顶部保温毡、底部保温毡、钼制盖板、用于调节钼制盖板的盖板调节装置、实现氩气在石英坩埚上方水平层流运动的进气管装置、贴合在侧部保温毡四周底部的组合保温块、固定在底部保温毡四周边缘端部且与组合保温块相适配固定的挡热毡、以及用于封闭或开启底部保温毡开口处的热源调节毡装置。能够制备低杂质多晶硅定，应力和位错少，提高多晶硅产品的整体质量以及少数载流子寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种低杂质多晶硅铸锭炉
本专利技术涉及多晶硅铸锭领域，更具体的，涉及一种低杂质含量多晶硅铸锭炉。
技术介绍
在太阳能电池领域中,多晶硅太阳能电池因为其低成本高效率的优势占据了重要的地位，在多晶铸锭生产中，采用定向凝固的方式生长硅锭，将硅料高温熔融后通过特殊工艺定向冷凝结晶制造成太阳能级多晶硅锭，具有精度高、可靠性高和自动化程度高的特点。然而在铸锭过程中，由于石墨热场和硅熔体高温反应，即在高温下，硅熔体与石英坩埚接触时，会发生如下反应：Si(液)+SiO2(固)＝2SiO(气)，生成的SiO气体会跟碳杂质发生如下反应：SiO(气)+2C＝CO(气)+SiC(固)；上述反应产生的杂质气体，大量碳杂质进入熔体，若不能被快速带走，硅熔体进行自然对流，导致在硅晶体生长过程中，杂质易在固液界面硅熔体一侧会出现杂质的堆积，容易富集在固液界面处形成形核中心，并导致其它晶向的多晶，从而影响硅片的质量，目前，整个铸锭炉的环境处在氩气氛围之中，同时也会将熔硅中挥发出来的杂质带走，具体是通过一根垂直的石墨进气管将低温的氩气进入炉腔后直吹熔硅表面中心位置，然后四散从硅锭边缘流出，同时携带上熔硅挥发的杂质，经过机械泵抽气，排到炉外；然而由于氩气温度低，直吹熔硅中心表面，会在此处形成局部过冷，不利于熔硅中的杂质分凝，另一方面，由于坩埚和石墨护板高于熔硅表面，由于盖板与石墨护板相对固定，氩气四散横向吹到坩埚壁后，会反弹形成涡流，不利于气体携带杂质及时排出，杂质回落到熔硅之中，形成富集；不利于杂质的快速排杂质。另外传统的底部保温毡采用整体固定式，且当多晶硅铸锭炉处于长晶阶段时，长晶过程中隔热笼的开度开逐渐最大而使得石英坩埚侧部四周的散出的热量高于石英坩埚底端中部的热量，从而导致石英坩埚侧壁形核，向石英坩埚中心杂乱生长，同时在长晶过程中由于坩埚冷壁现象等原因容易造成坩埚内下部已经结晶的固态硅与坩埚内上部熔体状态的硅之间形成的固液界面呈〝W〞或〝凹〞形，不利于铸锭过程中的应力释放和杂质向边缘运动和偏析，从而在晶体中形成杂质点，降低多晶硅产品的整体质量以及少数载流子寿命。因此，需要提出有效的方案来解决以上问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的一种低杂质含量多晶硅铸锭炉，解决
技术介绍
中的问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种低杂质含量多晶硅铸锭炉，具有铸锭炉体、隔热笼、热交换台、用于承接多晶硅料的石英坩埚、坩埚底板、石墨护板、石墨加热器、呈阵列分布的三个石墨支撑腿、位于所述隔热笼的四周侧壁的侧部保温毡、顶部保温毡、以及固定在所述石墨支撑腿上的底部保温毡；还具有位于所述石英坩埚开口上方可升降式调节的钼制盖板、用于调节所述钼制盖板的盖板调节装置、实现氩气在所述石英坩埚上方水平层流运动的进气管装置、贴合在所述侧部保温毡四周底部的组合保温块、固定在所述底部保温毡四周边缘端部且与所述组合保温块相适配固定的挡热毡、以及用于封闭或开启所述底部保温毡开口处的热源调节毡装置；当多晶硅铸锭炉处于熔化阶段时，所述盖板调节装置控制所述钼制盖板下降并置于所述石英坩埚处，所述隔热笼调节使得所述挡热毡与所述组合保温块紧挨设置；所述热源调节毡装置封闭所述底部保温毡开口处对所述石英坩埚内多晶硅加热熔化；当多晶硅铸锭炉处于长晶阶段时，所述盖板调节装置控制所述钼制盖板上升并与所述石墨护板平齐设置，所述隔热笼调节使得所述挡热毡与所述组合保温块垂直间隙增大，且所述热源调节毡装置完全打开所述底部保温毡开口处对所述热交换台散热实现多晶硅长晶。进一步地改进为，所述盖板调节装置具有导向管、用于支撑定位所述导向管的导向支撑管、与所述导向支撑管螺纹连接的导向管、滑动设于所述导向管内腔中的滑动调节管、用于将所述钼制盖板与所述滑动调节管固定连接的螺纹套管、用于带动所述滑动调节管升降的石墨连接圆柱、以及通过石墨螺母固定在所述石墨连接圆柱上且用于带动所述石墨连接圆柱升降的钼棒。进一步地改进为，所述钼制盖板还连接有四个呈阵列分布的导向连接钼杆；所述导向连接钼杆与所述钼制盖板的连接处均通过螺母固定连接，所述导向连接钼杆的上端贯穿所述顶部保温毡；且与所述顶部保温毡之间设有导向套筒。进一步地改进为，所述进气管装置具有与外部氩气总管连接的氩气进气管、固定设于所述顶部保温毡上用于抵持所述氩气进气管的固定套管、贯穿所述顶部保温毡且上端与所述固定套管螺纹连接的进气导流管、以及螺纹套接在所述进气导流管底部的出气接管；所述出气接管为顶部具有开口，底端封闭的出气接管，所述出气接管的四周侧壁上设有多个均匀分布的出气通道；所述出气接管通过所述出气通道将竖直流通至多晶硅铸锭内的氩气实现在所述石英坩埚上方水平层流运动。进一步地改进为，所述组合保温块具有两块位于所述侧部保温毡底部一侧的第一条形组合块和通过螺栓与所述第一条形组合块固定连接的第二条形组合块；所述第一条形组合块的宽度大于所述第二条形组合块的二分之一的宽度；当所述隔热笼完全闭合时，所述挡热毡的上端面距离所述第二条形组合块的底部端面的间隙为3mm～5mm；且所述挡热毡的侧面与所述第一条形组合块侧面之间的间隙为3mm～5mm。进一步地改进为，所述底部保温毡中部具有散热通孔；所述热源调节毡装置用于封闭或开启所述散热通孔；热源调节毡装置具有贯穿所述铸锭炉体底部中央的升降钼杆、焊接在所述铸锭炉体外底壁上的导向密封套管、连接在所述升降钼杆顶端部的内外底部毡、以及贴设于所述内外底部毡内底面的上的加强套；所述内外底部毡的厚度与所述底部保温毡的厚度一致。进一步地改进为，所述石墨支撑腿上均套接有石墨支撑环，石墨支撑环采用分瓣式组合连接或整体螺纹连接在所述石墨支撑环上。进一步地改进为，所述侧部保温毡铺设在所述隔热笼上，所述侧部保温毡上开设有截面形状为“W”形状的排杂孔。进一步地改进为，所述钼棒通过万向节与升降装置连接。进一步地改进为，所述铸锭炉体的侧壁具有出气管路，所述出气管路与外部抽气泵连接；所述进气管装置与所述出气管路相对设置。本专利技术的有益效果为：本专利技术的本专利技术提供一种低杂质含量多晶硅铸锭炉，可以减少位错的产生，制备得到的晶体硅位错较少，降低位错本身具备的悬挂键而存在电学活性，降低少数载流子寿命的问题，提高了多晶硅锭的少数载流子寿命；在长晶阶段，打开隔热笼200以及相对应地控制热源调节毡装置1700完全打开底部保温毡1100开口；使得石英坩埚400侧部四周更多的热量经过底部保温毡1100开口的进行散热，使得石英坩埚400侧部和底部散热更均匀，从而使得多晶硅在长晶阶段时具有均匀的温度，使界面更加平整，同时提高了石英坩埚400垂直方向上的温度梯度，使得石英坩埚400侧部和底部散热更均匀，使界面更加平整，硅熔体在该石英坩埚400的底部凝固不会产生的较大的生长应力和积聚分凝的杂质，因此可以减少位错的产生，制备得到的晶体硅位错较少，提高了多晶硅锭的少数载流子寿命。附图说明图1是本专利技术具体实施方式提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低杂质多晶硅铸锭炉，具有铸锭炉体(100)、隔热笼(200)、热交换台(300)、用于承接多晶硅料的石英坩埚(400)、坩埚底板(500)、石墨护板(600)、石墨加热器(700)、呈阵列分布的三个石墨支撑腿(800)、位于所述隔热笼(200)的四周侧壁的侧部保温毡(900)、顶部保温毡(1000)、以及固定在所述石墨支撑腿(800)上的底部保温毡(1100)；其特征在于，/n还具有位于所述石英坩埚(400)开口上方可升降式调节的钼制盖板(1200)、用于调节所述钼制盖板(1200)的盖板调节装置(1300)、实现氩气在所述石英坩埚(400)上方水平层流运动的进气管装置(1400)、贴合在所述侧部保温毡(900)四周底部的组合保温块(1500)、固定在所述底部保温毡(1100)四周边缘端部且与所述组合保温块(1500)相适配固定的挡热毡(1600)、以及用于封闭或开启所述底部保温毡(1100)开口处的热源调节毡装置(1700)；/n当多晶硅铸锭炉处于熔化阶段时，所述盖板调节装置(1300)控制所述钼制盖板(1200)下降并置于所述石英坩埚(400)处，所述隔热笼(200)调节使得所述挡热毡(1600)与所述组合保温块(1500)紧挨设置；所述热源调节毡装置(1600)封闭所述底部保温毡(1100)开口处对所述石英坩埚(400)内多晶硅加热熔化；/n当多晶硅铸锭炉处于长晶阶段时，所述盖板调节装置(1300)控制所述钼制盖板(1200)上升并与所述石墨护板(600)平齐设置，所述隔热笼(200)调节使得所述挡热毡(1600)与所述组合保温块(1500)垂直间隙增大，且所述热源调节毡装置(1700)完全打开所述底部保温毡(1100)开口处对所述热交换台(300)散热实现多晶硅长晶。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低杂质多晶硅铸锭炉，具有铸锭炉体(100)、隔热笼(200)、热交换台(300)、用于承接多晶硅料的石英坩埚(400)、坩埚底板(500)、石墨护板(600)、石墨加热器(700)、呈阵列分布的三个石墨支撑腿(800)、位于所述隔热笼(200)的四周侧壁的侧部保温毡(900)、顶部保温毡(1000)、以及固定在所述石墨支撑腿(800)上的底部保温毡(1100)；其特征在于，
还具有位于所述石英坩埚(400)开口上方可升降式调节的钼制盖板(1200)、用于调节所述钼制盖板(1200)的盖板调节装置(1300)、实现氩气在所述石英坩埚(400)上方水平层流运动的进气管装置(1400)、贴合在所述侧部保温毡(900)四周底部的组合保温块(1500)、固定在所述底部保温毡(1100)四周边缘端部且与所述组合保温块(1500)相适配固定的挡热毡(1600)、以及用于封闭或开启所述底部保温毡(1100)开口处的热源调节毡装置(1700)；
当多晶硅铸锭炉处于熔化阶段时，所述盖板调节装置(1300)控制所述钼制盖板(1200)下降并置于所述石英坩埚(400)处，所述隔热笼(200)调节使得所述挡热毡(1600)与所述组合保温块(1500)紧挨设置；所述热源调节毡装置(1600)封闭所述底部保温毡(1100)开口处对所述石英坩埚(400)内多晶硅加热熔化；
当多晶硅铸锭炉处于长晶阶段时，所述盖板调节装置(1300)控制所述钼制盖板(1200)上升并与所述石墨护板(600)平齐设置，所述隔热笼(200)调节使得所述挡热毡(1600)与所述组合保温块(1500)垂直间隙增大，且所述热源调节毡装置(1700)完全打开所述底部保温毡(1100)开口处对所述热交换台(300)散热实现多晶硅长晶。


2.如权利要求1所述的一种低杂质多晶硅铸锭炉，其特征在于，
所述盖板调节装置(1300)具有导向管(1301)、用于支撑定位所述导向管(1301)的导向支撑管(1302)、与所述导向支撑管(1302)螺纹连接的导向管(1303)、滑动设于所述导向管(1303)内腔中的滑动调节管(1304)、用于将所述钼制盖板(1200)与所述滑动调节管(1304)固定连接的螺纹套管(1305)、用于带动所述滑动调节管(1304)升降的石墨连接圆柱(1306)、以及通过石墨螺母固定在所述石墨连接圆柱(1306)上且用于带动所述石墨连接圆柱(1306)升降的钼棒(1307)。


3.如权利要求1或2所述的一种低杂质多晶硅铸锭炉，其特征在于，
所述钼制盖板(1200)还连接有四个呈阵列分布的导向连接钼杆(1800)；所述导向连接钼杆(1800)与所述钼制盖板(1200)的连接处均通过螺母固定连接，所述导向连接钼杆(1800)的上端贯穿所述顶部保温毡(1000)；且与所述顶部保温毡(1000)之间设有导向套筒。


4.如权利要求1所述的一种低杂质多晶硅铸锭炉，其特征在于，
所述进气管装置(1400)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张发云，饶森林，陈小会，熊含梦，王发辉，黄雪雯，
申请(专利权)人：新余学院，
类型：发明
国别省市：江西;36