一种准单晶硅铸锭炉隔热笼装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种准单晶硅铸锭炉热场结构，具体是指在准单晶硅生产的过程中，为确保籽晶不完全熔化而发明专利技术的一种铸锭炉隔热笼装置。包括隔热笼骨架，隔热笼骨架内有石英坩埚，所述石英坩埚底部外安装定向凝固块，定向凝固块两侧设有挡火条，挡火条顶面高度高于石英坩埚底面高度，定向凝固块与挡火条之间有间隙。本实用新型专利技术为一种用于准单晶硅铸锭的隔热笼装置，它一方面能满足准单晶硅锭生长的需要；另一方面又能使坩埚上部硅料完全熔化时而底部籽晶不完全熔化，并且使该状态保持时间足够长，从而方便控制籽晶在即将熔化和开始长晶工序的切换，工作可靠性好。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种准单晶硅铸锭炉热场结构，具体是指在准单晶硅生产的过程中，为确保籽晶不完全熔化而专利技术的一种铸锭炉隔热笼装置。
技术介绍
在整个光伏产业中，降低成本、提高电池转换效率一直是两个最主要的竞争点，目前整个晶体硅制造行业主要有两种生产技术直拉法生产单晶硅、定向凝固法生产多晶硅。单晶硅棒具有低缺陷、高转换效率等特点，但该方法对原料及操作要 阳能电池衰减较快。多晶硅铸锭生产过程中单次投料量大，具有易操作、成本低等特点，并且石英坩埚内表面氮化硅涂层具有隔离作用，所得的硅锭O2含量相对较低，多晶电池片衰减比单晶硅片小很多，但多晶硅电池片的转换效率较单晶硅电池低约I 2%。为了提高多晶硅片的性能，国内外都在进行广泛的研究。这些研究旨在改进多晶硅的铸锭工艺，从而生长出较大晶粒的准单晶硅，使其得到单晶硅片的高转换效率，同时又保持多晶硅片的低衰减、高产量的优势，从而生产出更加优质、性能更加稳定的太阳能电池片广品。准单晶铸锭技术就是通过铸锭的方法与设备制造准单晶硅的技术。它具备多晶硅铸淀闻广出、闻品质、低能耗的优点，同时广出的准单晶娃晶向一致性闻，晶界明显减少，大幅提升电池转换效率，是一种极具吸引力的技术。准单晶硅锭生产的工艺原理是通过在石英坩埚的底部铺设籽晶，并采用精确分段控温，保证硅料融化时籽晶仅部分融化，然后定向凝固，由此长出大颗粒柱状单晶。工艺的关键点是通过坩埚底部温度(即中心热偶温度)和加热器升温速率(即控温热偶升温速率)控制熔化和长晶过程。以上工艺技术的难点在于对籽晶是否未完全熔化的判断。按照传统的多晶硅铸锭工艺，在熔化阶段时坩埚内部上下温差较小，在要求上部多晶硅料熔化完全时，底部的籽晶也基本熔化完毕。因此，有必要采取措施，使坩埚上部硅料完全熔化后而底部籽晶不完全熔化，并且尽可能使熔化-长晶转化状态保持时间足够长，以利于长晶开始时机的判断。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足并根据上述工艺要求，提出一种准单晶硅铸锭炉隔热笼装置，它一方面能满足准单晶硅锭生长的需要；另一方面又能使坩埚上部硅料完全熔化时而底部籽晶不完全熔化，并且尽可能使熔化-长晶转化状态保持时间足够长，从而利于长晶开始时机的判断，确保准单晶硅锭的生产过程稳定可靠地运行。本技术的技术解决方案是，一种准单晶硅铸锭炉隔热笼装置，包括隔热笼骨架，隔热笼骨架内有石英坩埚，其特征是，所述石英坩埚底部外安装定向凝固块，定向凝固块两侧设有挡火条，挡火条顶面高度高于石英坩埚底面高度，定向凝固块与挡火条之间有间隙。所述定向凝固块上表面四周边角有缺口并在各缺口上安装上保温板。所述定向凝固块两侧安装侧保温板，底部安装下保温板。本技术的技术原理是，将内涂Si3N4涂层的石英坩埚装入多晶硅料后放置于定向凝固块上，关闭隔热笼后抽真空，加热至硅料开始熔化后，隔热笼往上提升至合适的高度，使坩埚底部的籽晶位于小腔体，坩埚的顶部位于大腔体。熔化过程中，大腔体内的高温热量被底部挡火条及定向凝固块侧保温板阻隔，无法直接辐射到小腔体，因而只能通过热传导的方式进入小腔体，热传递速度慢。同时，由于本准单晶硅铸锭炉长晶时采用的是提升隔热笼从而形成垂直温度梯度的模式，为了避免隔热笼保温毡和定向凝固块之间相互摩擦造成碳粉扬尘，底部挡火条和定向凝固块之间必然留有一定的间隙。此间隙的存在，无法全部阻挡高温热量辐射进入小腔体，因此，在定向凝固块的上部周边、底部周边分别设有上、 下保温板，从而更有效地减少高温热量通过定向凝固块的热传导。这样，就可确保铺设在坩埚底部的籽晶在较长工作时间内不会完全熔化，即籽晶快速熔化到一定程度后，促使籽晶熔化所需要的热量与提升隔热笼所散发的热量达到动态平衡，从而可以大大延长籽晶在未完全熔化和完全熔化之间的时间，便于控制籽晶在即将熔化和开始长晶工序的切换，降低工艺难度。为满足准单晶硅铸锭时籽晶不能完全熔化的要求，本技术底部挡火条、定向凝固块上保温板、定向凝固块下保温板及定向凝固块侧保温板均选用高纯固化碳毡作为隔热保温材料，同时通过精确控制隔热笼的提升高度，形成一个垂直温度梯度精确可控的定向长晶热场，使籽晶在即将而又未完全熔化时转入定向生长，从而获得准单晶。本技术既满足了准单晶硅铸锭时籽晶不能完全熔化的判断要求，且有效延长了籽晶在未完全熔化和完全熔化段的时间，方便控制籽晶在即将熔化和开始长晶工序的切换，降低了工艺难度。由以上可知，本技术为一种用于准单晶硅铸锭的隔热笼装置，它一方面能满足准单晶硅锭生长的需要；另一方面又能使坩埚上部硅料完全熔化时而底部籽晶不完全熔化，并且使该状态保持时间足够长，从而方便控制籽晶在即将熔化和开始长晶工序的切换，工作可靠性好。附图说明附图是本技术一种实施例的结构示意图；在附图中I-隔热笼骨架，2-加热器，3-石墨护板，4-石英坩埚，5-定向凝固块上保温板，6-定向凝固块侧保温板，7-定向凝固块下保温板，8-定向凝固块，9-底部保温板，10-立柱，11-底部挡火条，12-侧部保温板，13-坩埚盖板，14-顶部保温板，15-提升杆。具体实施方式以下结合附图说明本技术的实施方式。如附图所示，所述准单晶硅铸锭炉隔热笼装置为，它有隔热笼骨架1，所述隔热笼骨架I内装有侧部保温板12，所述隔热笼骨架I由提升杆15吊装支撑，所述隔热笼上部有顶部保温板14，下部有底部保温板9。所述侧部保温板12、顶部保温板14、底部保温板9可形成一个闭合的热场。所述热场内有加热器2和立柱10支撑的定向凝固块8,装满娃料的石英 甘祸4四周由石墨护板 3护住后置于定向凝固块8上，所述石英坩埚4上部有坩埚盖板13。所述定向凝固块8上表面四周留有缺口，其间放置定向凝固块上保温板5，同时，定向凝固块8的侧面、底面分别设置有定向凝固块侧保温板6和定向凝固块下保温板7。所述隔热笼下部设置有底部挡火条11。本技术的工作过程是，选取厚度为20_30mm至少一个面平整的单晶籽晶块，平铺在内涂Si3N4涂层的石英坩埚4底部，在籽晶层上面添加硅料，并根据目标电阻率加入掺杂剂后放在定向凝固块8上。分别固定好定向凝固块上保温板5、定向凝固块侧保温板6及定向凝固块下保温板7，关闭由侧部保温板12、底部保温板9、顶部保温板14组合成的炉膛后抽真空，接通加热器2加热，分段升温使上部的硅料熔化，至熔化后期，籽晶开始熔化时，严格控制加热器2温度，同时通过提升杆15将隔热笼骨架I提升至合适的高度。由于底部挡火条11和定向凝固块侧保温板6的阻隔，高温热量无法直接辐射到小腔体，当使籽晶熔化所需要的热量与隔热笼I提升所散发的热量达到动态平衡时，籽晶不再熔化。自动工艺程序触发报警提示结束熔化进入长晶阶段，隔热笼I以选定速率继续往上提升，通过定向凝固块8底部散热，使晶体硅沿着未熔化的籽晶方向稳定生长，待硅晶体长成后，经退火、冷却得到准单晶娃锭。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准单晶硅铸锭炉隔热笼装置，包括隔热笼骨架(I)，隔热笼骨架(I)内有石英坩埚(4)，其特征是，所述石英坩埚⑷底部外安装定向凝固块(8)，定向凝固块⑶两侧设有挡火条(11)，挡火条(11)顶面高度高于石英坩埚(4)底面高度，定向凝固块(8)与挡火条(11)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国红，瞿海斌，杨晓生，
申请(专利权)人：湖南红太阳光电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：