一种具有改进坩埚盖部的定向凝固炉制造技术

本实用新型专利技术公开了一种定向凝固炉，包括：上炉体；与上炉体相配合以形成炉体空间的下炉体；设置在炉体空间内并被构造成容纳给料的坩埚；用于加热坩埚并熔化容纳在坩埚中的给料的至少一个加热器；用于保持所述坩埚的坩埚保持器；被构造成相对于所述坩埚纵向可移动以控制所述坩埚内的给料的定向凝固的隔热部件；连接至外部气源并竖直地贯穿所述隔热部件的通气管；以及坩埚盖部，所述坩埚盖部可拆卸地设置于所述通气管的底端，且其尺寸与所述坩埚顶端尺寸适配以盖在所述坩埚上方。根据本实用新型专利技术的定向凝固炉，在实现增加给料的同时能确保对炉腔不造成污染，从而保证了所生产晶锭质量的同时提高了生产效率、降低了成本。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及例如单晶锭或者多晶锭的生产设备，尤其是涉及一种具有改进坩 埚盖部的定向凝固炉。
技术介绍
在现有的制造多晶锭的定向凝固设备或者系统中，由于用于生产多晶锭(例如多 晶硅锭等)的原料为块状或颗粒状，料块之间存在大量缝隙，导致装满石英坩埚的固态多 晶给料熔化后体积大幅缩小。而利用定向凝固系统制造多晶锭成本昂贵，装料量直接决定 生产效率和成本，由此就有必要采取技术措施来增加给料量。为了实现多装料，可以考虑在 加装多晶给料时，在多晶给料到达坩埚顶部后继续加装多晶给料，使多晶给料在坩埚的上 部堆积，然后将盖板直接放置在多晶给料上。图1为现有技术的定向凝固系统装料时的结构示意图。现有技术的定向凝固系统 100'包括上炉体101'；与所述上炉体101'相配合的下炉体102'；设置在所述下炉体 102'内的支撑装置6'，设置于所述支撑装置6'上的石墨固定板5'和石墨固定板5'内 设置的石英坩埚2'；设置在石墨坩埚5'外周的侧加热器32'和顶部加热器31'；设置在 侧加热器32'和顶部加热器31'外侧的隔热部件4'。在现有技术中，通常在坩埚2'之 上设置盖板7'。而且，在多晶锭的整个制造的过程中，需要通过通气管105'不断地向熔 融的多晶给料的表面上吹入惰性气体，以防止硅锭定向凝固这一高温过程中产生的含碳的 气体滞留在熔体表面造成的多晶锭质量的严重下降，并将容易引起碳沾污的气体通过通气 孔103'吹出多晶炉，同时也将硅熔体中产生的大量挥发物(如一氧化硅)带走。在现有技术的定向凝固系统中，从耐高温等方面考虑，盖板7'材料多采用碳-碳 复合材料。但是由此导致在装料的过程中必须控制加料量，以防止块状或粒状多晶给料堆 积过高而与盖板7'接触，因为与盖板7'接触有可能在多晶熔体中混入从盖板7'的下表 面带入的碳成分，而碳成分的过量混入会严重恶化所生成的多晶锭的质量。更重要的是，多 晶给料垒高后，盖板7'不能定位，在后续的化料过程中，盖板7'可能会滑落或者偏离其 与坩埚的相对位置。因此，现有的定向凝固系统难以实现增加每次的多晶料给料量。针对上述问题，提出了取消盖板7'的方案。然而，盖板取消后，由于气路终端(气 嘴)与熔体表面的距离较远，惰性气体(比如氩气)离开气嘴后很快散开，在多晶给料的熔 化和定向凝固过程中，惰性气体不能被有效地集中导入到熔体表面，不能起到有效吹扫熔 体表面的作用，从而不能有效地将熔体中的含碳气体及一氧化硅等挥发物带走，从而在熔 体中残留碳杂质的同时，熔料过程中产生的一氧化硅挥发物也易于在顶部隔热部件和顶部 加热器沉积。碳杂质在硅晶体中会严重恶化硅晶体的电学性能，比如导致晶体硅太阳能电 池片转换效率的恶化。而顶部加热器以及隔热部件顶部的大量沉积物一方面会影响顶部加 热器的性能，另一方面也会掉入硅熔体内，严重影响品锭质量。
技术实现思路
有鉴于此，需要提供一种新的定向凝固炉，所述定向凝固炉能够解决现有的定向 凝固炉中气路的定位问题，并可以在确保晶体质量的情况下提高每次的加料量从而提高整 个多晶锭的生产效率。根据本技术实施例的定向凝固炉，包括上炉体；下炉体，所述下炉体与所述 上炉体相配合以形成炉体空间；坩埚，所述坩埚设置在炉体空间内并被构造成容纳给料； 至少一个加热器，所述加热器用于加热坩埚并熔化容纳在坩埚中的给料；坩埚保持器，所述 坩埚保持器用于保持所述坩埚；隔热部件，所述隔热部件容纳在所述炉体空间内，并被构造 成相对于所述坩埚纵向可移动，以控制所述坩埚内的给料的定向凝固；通气管，所述通气管 连接至外部气源并竖直地贯穿所述隔热部件；以及坩埚盖部，所述坩埚盖部可拆卸地设置 于所述通气管的底端且其尺寸与所述坩埚顶端尺寸适配以盖在所述坩埚上方。根据本技术的上述方案，通过设置于通气管底端的坩埚盖部在实现增加给料 的同时，能确保对炉腔不致造成污染，从而保证了所生产晶锭质量的同时提高了生产效率、 降低了成本。另外，根据本技术上述实施例的定向凝固炉还可以具有如下的附加技术特征根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部可纵向移动地设置于所述通气管的 底端。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部与所述通气管之间通过套管进行连 接，其中所述坩埚盖部被可拆卸地固定于所述套管底端，所述套管套在所述通气管的底端。根据本技术的一个实施例，所述通气管的底端外侧设置有第一凸缘，而所述 套管顶端内壁形成有与所述第一凸缘搭接的第二凸缘。根据本技术的一个实施例，所述通气管的底端外侧设置有第一凸缘，而所述 套管的顶端设置有弯折结构，所述弯折结构弹性地抵住所述通气管的外壁。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部通过紧固件设置于所述套管的底端。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部通过螺纹连接固定于所述通气管的 底端。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部包括连接部，所述连接部为圆筒状 且位于其顶端的连接部，通过所述连接部将所述坩埚盖部设置于所述通气管的底端；以及 喇叭状部，所述喇叭状部位于所述连接部底端且中间设有与所述连接部对应的开口，且所 述喇叭状的大口端尺寸不小于所述坩埚的开口端尺寸以覆盖整个坩埚开口端。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部包括连接部，所述连接部为圆筒状 且位于其顶端的连接部，通过所述连接部将所述坩埚盖部设置于所述通气管的底端；平板 状部，所述平板状部位于所述连接部底端且中间设有与所述连接部对应的开口 ；以及悬垂 部，所述悬垂部设置于平板状部边缘下侧。根据本技术的一个实施例，所述坩埚盖部的内表面形成有热反射层，其中，所 述热反射层由选自包括石墨、含硅化合物、耐2000°C金属、硼化物、碳化物、氮化物的组中的 任一种或多种材料形成，其中所述含硅化合物包括碳化硅、氮化硅、硼化硅，所述耐2000°C 金属包括钨、钼、钽、铌及其合金，所述硼化物包括碳化硼、氮化硼、硼化锆、硼化镧、硼化钛、硼化钽、硼化铬、硼化钨、硼化钼、硼化钒、硼化铌，所述碳化物包括碳化铬、碳化钽、碳化钒、 碳化锆、碳化钨、碳化钼、碳化钛、碳化铌，所述氮化物包括氮化钛、氮化钨、氮化钼、氮化铬、 氮化铌、氮化锆、氮化钽、氮化钒。具体而言，所述热反射层的内表面的表面粗糙度小于25μπι。根据本技术的一个实施例，所述热反射层通过气相沉积法形成于所述坩埚盖 部的内表面。根据本技术的一个实施例，所述热反射层为1个或多个板状衬垫，所述板状 衬垫通过紧固件设置于所述坩埚盖部的内表面。本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述 中变得明显，或通过本技术的实践了解到。附图说明本技术的上述和/或附加的方面和优点从以下结合附图对实施例的描述中 将变得明显和容易理解，其中图1显示了现有技术的定向凝固炉在装料结束后上下炉体闭合前的结构示意图；图2实现了根据本技术的一个实施例的定向凝固炉在装料结束后上下炉体 闭合前的结构示意图；图3显示了根据本技术的一个实施例的定向凝固炉在上下炉体闭合后的结 构示意图；图4显示了图2中A部分的放大示意图；图5显示了图2中A部分的另一个可选的放大示意图；图6显示了图2中A部分的再一个可选的放大示意图；图7a显示了图2中A部分的其他可选的放大示意图；图7b显示了图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种定向凝固炉，其特征在于，包括：上炉体；下炉体，所述下炉体与所述上炉体相配合以形成炉体空间；坩埚，所述坩埚设置在炉体空间内并被构造成容纳给料；至少一个加热器，所述加热器用于加热坩埚并熔化容纳在坩埚中的给料；坩埚保持器，所述坩埚保持器用于保持所述坩埚；隔热部件，所述隔热部件容纳在所述炉体空间内，并被构造成相对于所述坩埚纵向可移动，以控制所述坩埚内的给料的定向凝固；通气管，所述通气管连接至外部气源并竖直地贯穿所述隔热部件；以及坩埚盖部，所述坩埚盖部可拆卸地设置于所述通气管的底端，且其尺寸与所述坩埚顶端尺寸适配以盖在所述坩埚上方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李园，
申请(专利权)人：王楚雯，
类型：实用新型
国别省市：11