[发明专利]一种硅单晶炉热场系统的改进方法

说明书

技术领域

本发明属于绿色能源太阳能电池技术领域，特别是涉及一种制备单晶硅棒的硅单晶炉的热场系统的改进方法。所述的单晶硅棒用于制备太阳能电池单晶硅片。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源。太阳能电池是太阳能光伏发电系统的主要组件，其中单晶硅太阳能电池是目前发展最快的一种太阳能电池。单晶硅片的品质直接影响着单晶硅太阳能电池的质量，提高单晶硅片的品质是生产高效能太阳能电池的前提。目前，国内外普遍采用传统直拉生长法生产单晶硅，然后经切割制成单晶硅片。单晶硅棒直径的大小将直接影响成品太阳能电池的效能，影响硅材料的利用效率。受硅单晶炉这一关键生产设备的制约，希望生产大直径的单晶硅棒并不容易，如800型硅单晶炉通常只能生产直径为6.5英寸的单晶硅棒，900型硅单晶炉通常只能生产直径为8英寸的单晶硅棒。就单晶炉而言，技术关键在于热场系统。通过改进设计，对现有硅单晶炉进行改造，使之投料量增加并能生产直径更大的单晶硅棒，提高成品太阳能电池的效能，提高硅材料利用率，降低单位能耗，提高生产效率，降低生产成本是许多太阳能电池单晶硅片生产企业努力追求的目标。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种硅单晶炉热场系统的改进方法，使现有硅单晶炉的投料量增加并能生产直径更大的单晶硅棒，从而提高成品太阳能电池的效能，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。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是，一种硅单晶炉热场系统的改进方法，所述热场系统位于硅单晶炉炉腔内，包括石墨电极、加热器、坩埚、导流筒、保温筒、保温盖、保温层、埚托和托杆；所述的改进在维持所述硅单晶炉炉腔结构下进行，包括：

(1)加大所述保温筒的直径，当所述保温筒外侧设置保温层后，与所述硅单晶炉炉腔内壁间留有一间隙，间隙小但不相接触，使热场系统具有良好的保温性能；

(2)加大所述加热器的直径，使其与所述保温筒相适应；

(3)加大所述坩埚的直径和高度，使其与所述加热器相适应，并所述坩埚的上端面设置于所述加热器的上端面以下；

(4)加大所述导流筒的直径和高度，并设置所述导流筒的下端面恰好在所述坩埚的上端面以下；

(5)相应地加大所述埚托直径和厚度，使其与所述坩埚相适应；

(6)相应地调整所述托杆的尺寸；

(7)相应地调整所述石墨电极的直径和高度。

作为进一步的改进，所述保温层采用碳纤维固体毡为保温材料。

作为进一步的改进，所述保温层设置为上保温套、中保温套和下保温套。

作为进一步的改进，在所述保温盖的上面设有挡圈，以阻挡且减少保护气体向保温筒外侧与硅单晶炉炉腔内壁间的空间流动。

在本发明中，所述导流筒包括内导流筒和外导流筒，所述保温筒包括上保温筒、中保温筒和下保温筒，所述保温盖包括上保温盖和下保温盖，所述托杆包括托杆轴和托杆轴座。本发明还包括托杆护套、电极护套、电极螺丝和电极螺丝盖。

本发明是针对目前普遍使用的硅单晶炉如800型硅单晶炉和900型硅单晶炉，而进行的热场系统的改进设计，所述改进设计以增加投料量和能生产更大直径或更长长度的单晶硅棒为目标。为实现上述目标，改进设计中，尽可能地加大保温筒和加热器的直径，加大坩埚的直径和高度以及导流筒的直径和高度，使投料量显著增加。加大所述保温筒的直径，其外侧设置保温层后，保温层与硅单晶炉炉腔内壁间留有一间隙，间隙小但不相接触，使热场系统具有良好的保温性能；加大加热器的直径使其与保温筒相适应，就是尽可能的大，但必须留有间隙；加大坩埚的直径和高度使其与加热器相适应，其直径应尽可能的大，但必须留足间隙，因为生产过程中坩埚是要转动的，其高度应尽可能的高，但坩埚的上端面应设置于加热器的上端面以下，以便有良好的加热性能；相应地加大埚托直径和厚度，使其与坩埚相适应，主要考虑承重和转动受力方面的因素。同时，对保温层所采用的保温材料及其结构进行改进优化，改善热场系统的保温性能；通过设置挡圈改善保护气体的流动性能。在此基础上，通过调整生产工艺，以生产更大直径和/或更长长度的单晶硅棒。如对800型硅单晶炉热场系统的改进，使其投料量由原来的60kg增加到80kg，并通过生产工艺的调整优化，使其能生产的单晶硅棒的直径由原来的6.5英寸提高到8英寸；而对900型硅单晶炉热场系统的改进，使其投料量由原来的80kg增加到100kg，并通过生产工艺的调整优化，使其能生产的单晶硅棒的长度由原来的130cm增加到170cm。