一种多晶硅铸锭炉热场结构制造技术

本发明专利技术涉及一种多晶硅铸锭炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有侧隔热笼和上保温板，下炉体内设置有底保温板、热交换块，装有硅原料的石英坩埚放置在石墨坩埚内，石墨坩埚置于热交换块上，石墨坩埚上方和侧方均设置有加热器，且加热器受同一电源控制。侧隔热笼靠近加热器侧装置耐高温发射率低的合金板，石墨坩埚外侧表面涂覆耐高温发射率高的涂层。加热时，侧隔热笼、底保温板、上保温板形成封闭空腔；硅晶体生长时，侧隔热笼缓慢上升，与底保温板分离。本发明专利技术在在多晶硅料熔化过程中能够缩短熔化时间，降低能耗，在多晶硅生长时能够避免坩埚侧形核长晶，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅铸锭炉热场结构本专利技术属于太阳能光伏产业领域，涉及一种多晶硅铸锭炉热场结构。
技术介绍
在现有多晶硅铸锭过程中，因为石英坩埚内侧温度低于硅液温度，导致硅在石英坩埚侧形核，从石英坩埚侧壁开始生长晶体，坩埚侧壁形核长的晶体与从坩埚底部长的晶体晶向不一致，从而增加了硅锭中的晶界和位错密度，因此有效的避免坩埚侧壁形核可以减少晶界、降低晶体中的位错密度，从而提高硅锭的质量和晶硅电池片的性能。另外现有的光伏行业需要降低成本和能耗，其中一个途径就是在相同的功率设置条件下缩短硅料熔化时间，如何缩短时间也与热场结构息息相关。因此通过合理的改造热场结构避免坩埚侧壁形核，缩短硅料熔化时间，降低能耗对于本领域具有重要意义。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种多晶硅铸锭炉热场结构，用于解决现有技术中侧壁形核，铸锭质量差，能耗高的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多晶硅铸锭炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有侧隔热笼和上保温板，下炉体内设置有底保温板、热交换块，装有硅原料的石英坩埚放置在石墨坩埚内，石墨坩埚置于热交换块上，石墨坩埚上方和侧方均设置有加热器，且加热器受同一电源控制。侧隔热笼靠近加热器侧装置耐高温发射率低的合金板，合金板的发射率为0.2～0.5，厚度为1～2mm，在温度为1600摄氏度的氩气环境中化学性质稳定且不与碳发生反应。石墨坩埚外侧表面涂覆耐高温发射率高的涂层。石墨坩埚的涂层发射率为0.9～0.95，厚度为80～90μm，在温度为1600摄氏度的氩气环境中化学性质稳定且不与碳发生反应。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过在侧隔热笼靠近加热器侧装置一个发射率低的合金板，在石墨坩埚外侧涂覆一层耐高温的具有高发射率的涂层，可以增加石墨坩埚与加热器间的辐射换热，同时通过合金板反射部分辐射热量以增强侧隔热笼的保温效果，一方面，这使得在加热和熔化过程中硅料可以吸收更多的热量，缩短硅料加热和熔化时间，从而减少能耗。另外一方面，这使得坩埚内侧温度高于硅液的温度，硅无法从坩埚处形核生长，从而减小了晶界、降低了晶体中的位错密度，提高硅锭的质量和晶硅电池片的性能。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术结构示意图。其中：1.上炉体，2.上保温板，3.加热器，4.侧隔热笼，5.下炉体，6.底保温板，7.热交换块，8.硅料，9.石墨坩埚，10.石英坩埚，11.涂层，12.合金板具体实施方式下面结合实施例旨在进一步说明本专利技术，而非限制本专利技术。如图1所示的一种多晶硅铸锭炉热场结构，具有上炉体(1)、下炉体(5)，上炉体(1)内设置有侧隔热笼(4)和上保温板(2)，下炉体(5)内设置有底保温板(6)、热交换块(7)，装有硅料(8)的石英坩埚(10)放置在石墨坩埚(9)内，石墨坩埚(9)置于热交换块上，石墨坩埚(9)上方和侧方均设置有加热器(3)，且加热器(3)受同一电源控制。侧隔热笼(4)靠近加热器(3)侧装置耐高温发射率低的合金板(12)，合金板(12)的发射率为0.2～0.5，厚度为1～2mm，在温度为1600摄氏度的氩气环境中化学性质稳定且不与碳发生反应。石墨坩埚外侧表面涂覆耐高温发射率高的涂层(11)，涂层(11)的发射率为0.9～0.95，厚度为80～90μm，在温度为1600摄氏度的氩气环境中化学性质稳定且不与碳发生反应。本专利技术的安装及使用过程如下：将合金板(12)装置在侧隔热笼(4)靠近加热器侧，将耐高温高发射率涂层(11)均匀的涂覆在石墨坩埚(9)外侧。首先将铸锭炉打开，将一定的多晶籽晶铺设在石英坩埚底部，再将硅料(8)放入，将石英坩埚(10)置入石墨坩埚(9)装置内，石墨坩埚(9)置于热交换块(7)上。然后将铸锭炉关闭，上保温板(2)、侧隔热笼(4)和底保温板(6)闭合形成封闭空间，将加热器(3)、热交换块(7)、石墨坩埚(9)、石英坩埚(10)、硅料(8)包裹在内，如图1所示，让加热器(3)开始工作，将隔热笼温度上升至1500摄氏度以上，使得硅料(8)开始熔化。因为炉内温度很高，所以炉内的传热方式主要依靠辐射换热和热传导。在本专利技术中，铸锭炉侧隔热笼(4)的表面发射率很低且热导率很小，因此通过侧隔热笼(4)向外散失的热量很少。石墨坩埚(9)的表面发射率很高，这样相比表面发射率低的石墨坩埚，本专利技术中的石墨坩埚与加热器的辐射换热量更多，通过石墨坩埚传递给硅料的热量更多，因此硅料的熔化时间更短，从而降低了能耗。等到硅料(8)熔化到籽晶铺设高度处，将侧隔热笼(4)缓慢往上提升，与底保温板(6)分离。因为此时热交换块(7)底部温度大致为1420摄氏度，而炉壳因为内部有循环水不断带走热量，温度在室温左右。所以侧隔热笼(4)与底保温板(6)分离后，热交换块(7)与炉壳之间有剧烈的辐射换热，在热传导的作用下，籽晶温度降低，硅液开始在籽晶上方结晶为硅晶体,从籽晶上方垂直向上生长。因为侧隔热笼(4)内侧装置了表面发射率低的合金板(12)，石墨坩埚(9)的外侧表面发射率高，在辐射传热和热传导的作用下，本专利技术的石英坩埚能够获取更多的热量，这样石英坩埚硅液侧的温度高于硅液，所以硅液无法在石英坩埚侧形核长晶，减小了铸锭多晶的位错密度，提高了硅锭的质量。因此，本专利技术既能够有效减小硅料熔化时间，减小能耗，也能有效避免坩埚侧壁形核，减少晶体缺陷，提高电池的转换效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多晶硅铸锭炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有侧隔热笼和上保温板，下炉体内设置有底保温板、热交换块，装有硅原料的石英坩埚放置在石墨坩埚内，石墨坩埚置于热交换块上，石墨坩埚上方和侧方均设置有加热器，且加热器受同一电源控制，其特征在于：侧隔热笼靠近加热器侧装置耐高温发射率低的合金板，石墨坩埚外侧表面涂覆耐高温发射率高的涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅铸锭炉热场结构，具有上炉体、下炉体，上炉体内设置有侧隔热笼和上保温板，下炉体内设置有底保温板、热交换块，装有硅原料的石英坩埚放置在石墨坩埚内，石墨坩埚置于热交换块上，石墨坩埚上方和侧方均设置有加热器，且加热器受同一电源控制，其特征在于：侧隔热笼靠近加热器侧装置耐高温发射率低的合金板，石墨坩埚外侧表面涂覆耐高温发射率高的涂层。


2.根据权利要求书...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继承，任雅青，冯天舒，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43