[发明专利]一种用于多晶硅定向凝固的水冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水冷装置，具体涉及一种用于多晶硅定向凝固的水冷装置。

背景技术

目前，对于太阳能的开发和利用主要是以太阳能电池的形式，太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化为电能的装置，硅以其高丰度、耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强以及性能稳定无毒、且制备工艺成熟及广泛的用途等综合优势而成为太阳能电池研究开发、生产和应用的主体材料。晶体硅电池已成为世界光伏市场上的主导产品，多晶硅太阳电池以其转换效率较高(19.8％)，性能稳定和成本适中而得到越来越广泛的应用。

多晶硅主要通过定向凝固的方法获得，定向凝固是在控制铸件内部传热、传质和流动的条件下，金属(或晶体类材料)能够沿固定生长方向进行凝固或结晶的过程。定向凝固后金属的组织特征是与凝固热流方向平行的一组平行柱状晶。

定向凝固技术的方法有很多种，可分为传统定向凝固技术和新型定向凝固技术。传统的定向凝固技术主要是依据定向凝固设备或装置所能实现温度梯度的不同，被划分为功率降低法、快速凝固法和液态金属冷却法。液态金属冷却法(LMC法)在HRS法的基础上，将抽拉出的铸件部分浸入具有高导热系数的高沸点、低熔点、热容量大的液态金属中，形成了一种新的定向凝固技术，即LMC法，能提高冷却速度和温度梯度，且在较大的生长速度范围内可使界面前沿的温度梯度保持稳定，结晶在相对稳态下进行，能得到较长的单向柱晶。传统定向凝固技术的主要缺点是冷却速度慢，使得凝固组织有充分的时间长大、粗化，产生严重偏析，致使材料的性能较低，造成冷却速度慢的主要原因是凝固界面与液相中最高温度面距离太远，固液界面并不处于最佳位置，因此所获得的温度梯度不大。

由于硅材料的凝固膨胀特性，固态硅的塑性几乎为零，以及太阳能多晶硅对高纯度的要求，普通的凝固设备极其容易造成硅锭的断裂和对硅锭的污染。因此对定向凝固的要求更高，定向凝固时冷却速率不能太快、冷却时的导热不能太大，而且在凝固的初始阶段，为了尽快实现从等轴晶向柱状晶的转变，必须要求在定向凝固的初始阶段沿轴向底部的传热较快，而进入定向凝固稳定阶段后，传热不能太快且平稳。而目前的定向凝固多晶硅锭用抽拉和预热装置预热不佳、轴向传热不好，传热速率不均匀，导致硅锭断裂并对硅锭造成了一定的污染。

发明内容

本发明为了解决在定向凝固多晶硅时，现有装置预热不佳、轴向传热不好，传热速率不均匀而造成硅锭断裂的问题，进而提出一种用于多晶硅定向凝固的水冷装置。

本发明为了解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括石墨预热器和两根水管，还包括水冷底座，所述水冷底座的上端面中部开有连接凹槽，所述水冷底座主体下部开有方框状水循环通道，且方框状水循环通道位于连接凹槽的下方，两根水管并排设置在水冷装置的下端面上，且每根水管均与方框状水循环通道连通，所述石墨预热器的底部插装在连接凹槽内。

本发明的有益效果是：本发明提高了多晶硅的生产效率，保证硅锭不断裂，使多晶硅颗粒能直接被感应加热，在水冷底座内通水可以使定向凝固的初始阶段能形成强烈的底部传热条件，尽快完成等轴晶向柱状晶的转变，在定向凝固的稳定阶段，底部传热效率降低，降低冷却效果，避免硅锭因强烈冷却而断裂，水冷底座内的水量可以控制，因此在一定程度上可控制底部传热的冷却强度，石墨预热器与水冷底座连接处注入液态金属使石墨预热器与水冷底座之间形成严密配合，并形成稳定传热条件，凝固界面更加平直。

附图说明

图1是本发明整体结构主视图，图2是图1左视图的剖视图，图3是图1中A-A向的剖视图。

具体实施方式