晶硅铸锭加热器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种晶硅铸锭加热器，包括顶部加热器，中间区域厚度大、电阻小，四周边缘区域厚度小、电阻大；侧部加热器，中上部区域厚度大、电阻小，侧部加热器的下部区域厚度小、电阻大。顶部加热器的四周边缘区域电阻大，能增加顶部加热器四周边缘区域发热量以补偿该区域的辐射散热量，使顶部加热器温度均匀；侧部加热器的下部区域电阻大，能增加侧部加热器下部区域发热量以补偿侧部加热器下部区域的辐射散热量，使侧部加热器温度均匀；由于顶部加热器和侧部加热器均温度均匀，铸锭过程中，能减轻冷壁效应和坩埚侧壁形核，使长晶界面较平缓长晶速率波动更小，进而减少坩埚涂层向晶锭中的扩散，减小晶锭中上部位错缺陷，提高多晶硅锭质量。

【技术实现步骤摘要】
晶硅铸锭加热器
本技术涉及晶硅太阳能中晶硅铸锭制备领域，特别是涉及一种晶硅铸锭加热器。
技术介绍
随着煤炭、石油、天热气等非可再生化石能源的不断减少，能源危机日益加剧，而由于化石能源的大量开采和肆意使用，环境污染问题日益严重。开发和使用替代化石能源的可再生的清洁无污染的新能源成为解决能源危机的最有效途径。太阳能具有清洁无污染且取之不尽用之不竭等优点，是化石能源的理想替代能源。工业化生产的多晶硅铸锭的加热器一般使用等静压高纯石墨加热器和CC材质加热器，多分为顶部加热器和侧部加热器两部分，长晶工艺使用温度控制即根据顶部加热器上侧安装的热电偶检测温度数据调控加热器功率的输出，同时控制隔热笼开度调节硅锭中的温度梯度分布，形成纵向温度梯度，促进柱状晶生长。辐射传热是多晶硅铸锭过程中最重要的传热方式，加热器通过热辐射向硅料传递热量，使坩埚中原生硅料获取热量熔化形成硅液，硅液也是通过辐射传热与炉壁进行热交换形成纵向温度梯度生长硅晶体。然而,长晶过程中加热器向硅锭辐射强度的差异性使长晶过程硅锭边缘区域温度较中间区域低，长晶前期固液界面呈“W”状，冷壁效应明显，而长晶后期长晶速率较前期慢，边角长晶耗时较多，固液界面较凸。冷壁效应容易导致坩埚侧部形核和斜长晶，引入坩埚涂层中杂质，固液界面较凸则使硅锭头部位错较多，影响硅锭质量和转换效率。传统设计中,为了降低冷壁效应的影响,也提出了一些方案。如将侧部加热器设置为上下方式布置的组合式，通过控制侧部下加热器的发热功率来降低冷壁效应的影响。但是这种方式对侧部加热器的安装布置提出较多要求，也存在诸多的不便利。
技术实现思路
基于此，有必要针对辐射传热造成冷壁效应,影响硅锭质量和转换效率的问题，提供一种晶硅铸锭加热器。一种晶硅铸锭加热器，包括：顶部加热器，所述顶部加热器的中间区域厚度大、电阻小，四周边缘区域厚度小、电阻大；侧部加热器，所述侧部加热器的中上部区域厚度大、电阻小，所述侧部加热器的下部区域厚度小、电阻大。上述加热器,顶部加热器的四周边缘区域电阻更大，如此能够增加顶部加热器四周边缘区域发热量以补偿该区域的辐射散热量，减小顶部加热器四周边缘区域和中间区域的温度差；侧部加热器的下部区域电阻更大，能增加侧部加热器下部区域发热量以补偿侧部加热器下部区域的辐射散热量，减小侧部加热器20中上部区域和下部区域的温度差；由于顶部加热器和侧部加热器均温度均匀，铸锭过程中，能减轻冷壁效应和坩埚侧壁形核，减小边角长晶耗时，使长晶界面较平缓长晶速率波动更小，进而减少坩埚涂层向晶锭中的扩散，减小晶锭中上部位错缺陷，提高多晶硅锭质量，提高转换效率。在其中一个实施例中，所述顶部加热器的上表面具有厚度差，所述顶部加热器的下表面为平面，所述顶部加热器的上表面的等厚线形成以所述顶部加热器的中心点为圆心的同心圆。在其中一个实施例中，所述同心圆呈梯度分布，且自所述中间区域至所述四周边缘区域，所述梯度分布由密变疏。在其中一个实施例中，所述顶部加热器的最外侧的等厚线为所述顶部加热器的外接圆，且相邻的所述等厚线半径差范围为100mm～260mm。在其中一个实施例中，所述相邻等厚线之间的垂直厚度差值一致，且相邻等厚线之间厚度由外向里逐渐增加。在其中一个实施例中，所述侧部加热器的外表面具有厚度差，所述侧部加热器的内表面为平面，所述侧部加热器的外表面的等厚线形成同心椭圆，所述同心椭圆的中心点在所述侧部加热器长度方向的中心线上，其中所述同心椭圆的长半轴差由边缘向中心逐渐增大，短半轴由下向上逐渐增大。在其中一个实施例中，所述同心椭圆呈梯度分布，其中相邻梯度长轴差范围为50mm～600mm，短轴差范围100mm～200mm，相邻梯度厚度差范围为1mm～2mm。在其中一个实施例中，所述侧部加热器的数量为4个，4个所述侧部加热器围成一圈，相邻侧部加热器之间通过转接板首尾相连。在其中一个实施例中，所述转接板的等厚线呈圆弧形，自下至上，相邻等厚线的半径差逐渐增大。在其中一个实施例中，所述顶部加热器的厚度自所述中间区域至四周边缘区域呈梯度分布，所述侧部加热器的厚度自所述下部区域向上呈梯度分布，其中所述顶部加热器与所述侧部加热器梯度阶段数一致。附图说明图1为多晶硅铸锭长晶阶段顶部加热器温度分布模拟图；图2为多晶硅铸锭长晶阶段侧部加热器温度分布模拟图；图3为本技术一实施例的晶硅铸锭加热器的立体结构示意图；图4为图3中的顶部加热器的示意图；图5为图4的顶部加热器的A-A向剖视示意图；图6为图4的顶部加热器的侧视图；图7为图6中X部分的放大图；图8为图3中的侧部加热器的示意图；图9为图8的侧部加热器的B-B向剖视示意图；图10为图8的侧部加热器的侧视图；图11为图10中Y部分的放大图；图12为图3中的转接板的立体示意图；图13为图12的转接板的侧视图；图14为图13中Z部分的放大图；图15为图13中P部分的放大图。具体实施方式为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。铸锭过程中，辐射传热的方式会造成冷壁效应,影响硅锭质量。为解决该问题，技术人对铸锭过程中的加热进行了仔细的研究。技术人发现：铸锭热场各部件直接的热辐射强度不仅与其各自的吸收和辐射特性以及各自的温度相关，同时其相对位置等几何关系也起着重要作用，辐射强度随着距离辐射距离L的增加按照L^2的规律衰减，因此铸锭炉中，加热器作为辐射源其不同位置向铸锭坩埚、炉壁等部件辐射强度也是不同的。进一步的，技术人发现：侧部加热器底部位置向铸锭炉下炉体壁的辐射强度高于中上部，底部四角位置向下炉体炉壁的辐射强度高于底部中部区域，也就是说侧部加热器底部位置与炉壁之间交换热量较多；同理的，侧部加热器中上部向石墨坩埚即硅料热辐射强度较大，二者之间热量交换较多。顶部加热器边缘与炉壁之间热量交换较多，中间区域向硅料的热辐射强度则较大。具体的，技术人利用多晶硅铸锭AN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶硅铸锭加热器，其特征在于，包括：/n顶部加热器，所述顶部加热器的中间区域厚度大、电阻小，四周边缘区域厚度小、电阻大；/n侧部加热器，所述侧部加热器的中上部区域厚度大、电阻小，所述侧部加热器的下部区域厚度小、电阻大。/n

【技术特征摘要】
1.一种晶硅铸锭加热器，其特征在于，包括：
顶部加热器，所述顶部加热器的中间区域厚度大、电阻小，四周边缘区域厚度小、电阻大；
侧部加热器，所述侧部加热器的中上部区域厚度大、电阻小，所述侧部加热器的下部区域厚度小、电阻大。


2.根据权利要求1所述的晶硅铸锭加热器，其特征在于，所述顶部加热器的上表面具有厚度差，所述顶部加热器的下表面为平面，所述顶部加热器的上表面的等厚线形成以所述顶部加热器的中心点为圆心的同心圆。


3.根据权利要求2所述的晶硅铸锭加热器，其特征在于，所述同心圆呈梯度分布，且自所述中间区域至所述四周边缘区域，所述梯度分布由密变疏。


4.根据权利要求2所述的晶硅铸锭加热器，其特征在于，所述顶部加热器的最外侧的等厚线为所述顶部加热器的外接圆，且相邻的所述等厚线半径差范围为100mm～260mm。


5.根据权利要求2所述的晶硅铸锭加热器，其特征在于，所述相邻等厚线之间的垂直厚度差值一致，且相邻等厚线之间厚度由外向里逐渐增加。


6.根据权利要求1所述的晶硅铸锭加热器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王双丽，张华利，胡动力，
申请(专利权)人：江苏协鑫硅材料科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32