包覆式加热器及单晶炉制造技术

本实用新型专利技术提供了一种包覆式加热器及单晶炉，属于单晶生长技术领域，包括加热器本体，加热器本体具有围设于坩埚外侧的加热直筒及包覆坩埚弧形底部的弧形加热底，加热直筒的下边沿与弧形加热底的上边沿无缝衔接。本实施例提供的包覆式加热器，侧部和底部加热器采用一体化设计，形成弧面全包覆结构，与坩埚外形相贴合，消除了加热空白区域，使得硅料熔化速率更快；同时显著降低了熔液内部的非纵向温差，消除了紊乱湍流，形成稳态对流效应，杂质偏析分凝降低，沉降速率增大，显著提升了单晶硅棒的品质。的品质。的品质。

【技术实现步骤摘要】
包覆式加热器及单晶炉


[0001]本技术属于单晶生长
，具体涉及一种包覆式加热器及利用该种包覆式加热器加热的单晶炉。

技术介绍

[0002]太阳能光伏发电是清洁、低碳且具有价格优势的能源形式，是全球实现能源转型的重要支撑。单晶硅是当前光伏行业的主流材料，市场份额已超90％。直拉(CZ)法是制备单晶硅棒的主要方法，其主要设备是单晶炉，包括炉体、保温材料、加热器、支撑材料、坩埚和提拉系统等部件。其中，加热器为石墨或炭炭材料，通以高电流发热，提供能量，通过辐射传导，熔化硅料和保持熔硅温度。
[0003]单晶硅棒在提拉过程中，加热器作为热源，为硅料的熔化和保持液相稳定提供能量。对单晶硅生产企业来说，提高硅材料利用率，降低单位能耗，提高生产效率，降低生产成本一直是企业追求的目标。加热器的结构，会显著影响硅料熔化速率和提拉过程中液相对流的稳定性，进而影响能耗和硅中杂质的分凝效果。
[0004]随着近年来热场尺寸的增大，为提升化料速率，单晶炉的加热器设计为侧部加热器和底部加热器两部分。加热面积的增大使得硅料的受热增加，熔化速率加快。然而侧部加热器和底部加热器属于分开安装的部件，其连接位置有大量的空白区域，这些空白区域不能提供热量，形成低辐射区，与加热器本体的高辐射区存在明显的热能量差，使得在硅料熔化过程中对应方向的硅料熔化速率偏慢；而且在硅料熔化完成之后，在硅熔液内部形成非纵向的温度梯度，液态湍流加剧，杂质在熔液内部扰动，无法有效的分凝沉降，造成杂质聚集进入晶棒内部，形成硬质点和诱生缺陷，显著影响单晶硅棒的少子寿命和电池效率。

技术实现思路

[0005]本技术实施例提供一种包覆式加热器及单晶炉，旨在提高炉内加热的均匀性，降低晶棒缺陷。
[0006]第一方面，为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种包覆式加热器，包括加热器本体，所述加热器本体具有围设于坩埚外侧的加热直筒及包覆所述坩埚弧形底部的弧形加热底，所述加热直筒的下边沿与所述弧形加热底的上边沿无缝衔接。
[0007]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述加热器本体包括加热单体，所述加热单体具有平行于坩埚母线的直线段及延伸至坩埚底部下方的弧形线段，多个所述加热单体沿所述坩埚外周均匀分布，随形包覆于所述坩埚的外侧；其中，所述直线段所在部分构成加热直筒，所述弧形线段所在部分构成所述弧形加热底。
[0008]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述加热单体包括两个随形所述坩埚母线的主加热柱及连接两所述主加热柱的连接加热柱，两个所述主加热柱之间的周向距离自与所述直线段衔接的部位向下宽度逐渐递减。
[0009]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述主加热柱与所述连接加热柱为一
体结构，且所述连接加热柱连接于所述主加热柱的上端。
[0010]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，两所述主加热柱的下端连接在一起。
[0011]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述加热单体的弧形线段自与所述直线段衔接的部位向下宽度逐渐递减。
[0012]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，多个所述加热单体串联或并联连接。
[0013]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述加热器本体的上端边沿高于所述坩埚的上端边沿。
[0014]结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述加热器本体的底部弧度大于所述坩埚的底部弧度。
[0015]第二方面，本技术实施例还提供了一种单晶炉，包括所述的包覆式加热器。
[0016]本技术提供的包覆式加热器及单晶炉，与现有技术相比，有益效果在于：侧部和底部加热器采用一体化设计，形成弧面全包覆结构，与坩埚外形相贴合，消除了加热空白区域，使得硅料熔化速率更快；同时显著降低了熔液内部的非纵向温差，消除了紊乱湍流，形成稳态对流效应，杂质偏析分凝降低，沉降速率增大，显著提升了单晶硅棒的品质。
附图说明
[0017]图1为本技术实施例提供的包覆式加热器的立体结构示意图；
[0018]图2为本技术实施例提供的包覆式加热器的俯视结构示意图；
[0019]图3为本技术实施例提供的单晶炉的结构示意图；
[0020]图4为本技术实施例提供的包覆式加热器加热条件下的对流扩散模拟图；
[0021]附图标记说明：
[0022]1、加热器本体；11、加热单体；111、连接加热柱；112、主加热柱；2、保温层；3、埚托；4、埚杆；5、炉体；6、籽晶提拉系统；7、炭炭坩埚。
具体实施方式
[0023]为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0024]在本技术的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”等指示方位或位置关系的术语，其为基于单晶炉使用状态的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0025]请一并参阅图1及图2，现对本技术提供的包覆式加热器进行说明。所述包覆式加热器，包括加热器本体1，加热器本体1具有围设于坩埚外侧的加热直筒及包覆坩埚弧形底部的弧形加热底，加热直筒的下边沿与弧形加热底的上边沿无缝衔接。
[0026]本实施例提供的包覆式加热器，与现有技术相比，侧部和底部加热器采用一体化设计，形成弧面全包覆结构，与坩埚外形相贴合，消除了加热空白区域，使得硅料熔化速率更快；同时显著降低了熔液内部的非纵向温差，消除了紊乱湍流，形成稳态对流效应，杂质偏析分凝降低，沉降速率增大，显著提升了单晶硅棒的品质。
[0027]单晶炉采用具有弧面包覆式加热器，能够消除加热留白，使得各个方向的受热均匀，受热面积更大，硅料的熔化速率可提升1.2
‑
1.5倍。在拉晶阶段，原留白方向上因为受热能量增加，温度上升，与上方和下方的温差降低，同时配合对流控制方法的应用，因温差而形成的非稳态对流降低，消除了紊乱湍流(漩涡)效应，杂质在此环境下可以有效的分凝并进行稳态对流扩散，向下沉降，最终进入锅底料。经过有效杂质分凝而拉制的单晶棒，杂质含量低，缺陷密度低，少子寿命高，制成太阳能电池后的电池具有较高的效率。
[0028]在一些实施例中，参阅图1及图2，加热器本体1包括加热单体11，加热单体11具有平行于坩埚母线的直线段及延伸至坩埚底部下方的弧形线段，多个加热单体11沿坩埚外周均匀分布，随形包覆于坩埚的外侧；其中，直线段所在部分构成加热直筒，弧形线段所在部分构成弧形加热底。本实施例加热本体的加热直筒与弧形加热底为一体成型结构。
[0029]可选地，加热本体的加热直筒与弧形加热底为分体结构，但是在以坩埚的侧面和底部衔接部位，为无缝衔接消除加热空白区。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆式加热器，其特征在于，包括：加热器本体(1)，所述加热器本体(1)具有围设于坩埚外侧的加热直筒及包覆所述坩埚弧形底部的弧形加热底，所述加热直筒的下边沿与所述弧形加热底的上边沿无缝衔接。2.如权利要求1所述的包覆式加热器，其特征在于，所述加热器本体(1)包括多个加热单体(11)，所述加热单体(11)具有平行于坩埚母线的直线段及延伸至坩埚底部下方的弧形线段，多个所述加热单体(11)沿所述坩埚外周均匀分布，随形包覆于所述坩埚的外侧；其中，所述直线段所在部分构成加热直筒，所述弧形线段所在部分构成所述弧形加热底。3.如权利要求2所述的包覆式加热器，其特征在于，所述加热单体(11)包括两个随形所述坩埚母线的主加热柱(112)及连接两所述主加热柱(112)的连接加热柱(111)，两个所述主加热柱(112)之间的周向距离自与所述直线段衔接的部位向下宽度逐渐递减。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏新中，潘明翠，孟庆超，张莉沫，张任远，
申请(专利权)人：英利能源发展有限公司，
类型：新型
国别省市：