[发明专利]一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅铸锭炉制造技术领域，特别是一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构。

背景技术

随着具有清洁和用之不竭特点的太阳能利用需求的迅猛扩大，太阳能电池用晶体硅的需求量日趋上升，但由于目前晶体硅的生产成本较高，致使太阳能电池的发电成本居高不下，所以，降低晶体硅的成本和提高晶体硅的质量就成为当务之急，而解决这方面问题的关键在于设计晶体硅铸锭炉的良好热场结构，使之为晶体硅铸锭提供合理的热场，并能满足不同生产阶段的不同热场要求，例如熔料和退火阶段必须提供尽可能均匀的热场，长晶阶段应该自下而上提供均匀的温度梯度，以确保晶体硅铸锭产品的质量，其次是热量的充分利用和尽可能地节能，以降低晶体硅的单位能耗。

目前常用的晶体硅铸锭炉的热场结构主要包含有炉体、发热体、保温隔热笼、下带支柱上设有坩埚的热交换台和水冷构件，传统的保温隔热笼基本上都是由固定式顶部保温板，可移式侧保温筒和固定式底部保温板组成，熔料时侧保温筒放下，与顶部保温板和底部保温板形成一个相对密封的加热空间，晶体生长时通过提升侧保温筒，热量从底部大量导出、从而获得多晶硅生长所需的自下而上升高的温度梯度热场。这种结构形式热场的不足之处在于：工作时需要加热整个保温隔热笼内部空间，加热空间大，能耗大；侧保温筒提升时，大量热量不经过硅料直接流失，热量损耗厉害；建立的热场梯度稳定性差，最终影响产品的质量稳定性；且由于采用侧保温筒上下移动工作方式，除相应地要求炉体内部预留足够空间外，还存在与顶部保温板和底部保温板之间的缝隙，密封性较差，容易散热，影响热量的充分利用。所以，现有的晶体硅铸锭炉的热场结构总体上存在结构欠合理、工作时能耗大、工效低，产品质量稳定性差等弊端，从经济性和实用性角度考虑均欠理想。

发明内容

本发明的目的是要克服现有晶体硅铸锭炉的热场结构所存在的不足之处，提供一种结构简单且合理，能耗低、能量利用率高，建立的热场稳定性和重复性均好，且温度梯度不易受到气流扰动干扰的一种带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构。

本发明的带二段式隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构主要包含有炉体、与水冷电极相连的发热体、保温隔热笼、上设有坩埚和下带支柱的热交换台，特征在于保温隔热笼呈二段式，由固定设置在炉体顶部位置上的上隔热笼和固定设置在炉体底部升降装置上的下隔热笼组合构成，其中：所述的上隔热笼主体呈倒扣的桶型，由互连呈一体的顶部保温板和下边沿设置有内翻式L形上隔热环的上侧保温筒构成，顶部保温板的内表面上衬设有便于热量反射后聚焦于坩埚内的内凹式、由具有较强热反射能力的钼或钨箔片充任的弧形反射罩；所述的下隔热笼主体呈正立桶型，与上隔热笼相对应，由互连呈一体的底部保温板和上边沿设置有L形内翻式下隔热环的下侧保温筒构成，下隔热笼固定设置在炉体底部受外控的升降装置上，其内下部配置有用于漏硅报警的热电偶或者热熔断丝；所述的上下隔热环设置在发热体和热交换台之间，将保温隔热笼内腔分隔、形成上部高温区和下部低温区。

此外，所述的上隔热笼为固定式，下隔热笼为可移式，晶体硅生产所需热场通过升降装置调节下隔热笼的升降开度实现；所述的下隔热笼上面呈桶形，可用作漏硅发生时的承接器；

基于上述构思的本发明带二段式保温隔热笼的晶体硅铸锭炉热场结构，由于上隔热笼和下隔热笼均为一体式构件，因而密闭程度很高，当熔料与退火阶段上下隔热笼合拢时，坩埚除获得来自发热体的热量外，还能获得来自顶部反射罩的热量，内部温度较为均匀，且不会散热，便于在发热体较低工作温度下熔料，有助于减少坩埚高温变形、析晶甚至破裂导致漏硅情况的发生；当长晶阶段通过下隔热笼升降装置驱使下隔热笼下移时，热交换台迅速暴露、向炉体冷却水散热，可以很快的建立起自下而上具有较大垂直温度梯度的热场。此外，由于上下隔热环设置在发热体和热交换台之间，高温区密闭程度高，长晶阶段下隔热笼打开后，从发热体不经过硅料直接散发的对长晶没有任何益处的无谓热量损失大大减少，系统节能效果显著；下隔热笼内下部配置热电偶或者热熔断丝，一旦有漏硅发生可以迅速准确地预警。同时下隔热笼呈密合的桶型，可作为漏硅发生时的承接器，能够承接大量的硅漏液，可以有效防止漏硅带来的材料设备损失乃至人员伤亡；由于上隔热笼静止不动，温度梯度不易受到气流扰动干扰，建立的热场稳定性和重复性均好。由上可见，本发明的热场结构明显具有结构合理且简单，热量利用科学，节能效果显著，结合工艺调整可以很好地满足了不同生产阶段不同的热场需要，生产出高品质的晶体硅，因而具有明显的技术先进性，很强的实用性和极佳的经济性。

附图说明