[发明专利]一种具有定向凝固组织多晶硅锭的制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅锭的制备装置。

背景技术

目前市场上的硅太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅和非晶硅三大类：单晶硅太阳能电池以其转换效率高(24.5％)、质量稳定等特点在国际市场上得到了广泛的应用，但单晶硅对原料的纯度要求高(99.999999999％)，因此，单晶硅生产成本高，制约了单晶硅的应用。多晶硅太阳能电池以其转换效率较高(19.8％)，性能稳定和成本适中而得到广泛应用，多晶硅电池对原料的纯度要求低，原料的来源渠道也较为广阔，可由铸锭而成，适合大规模商业化生产，占据市场的主导地位。非晶硅太阳能电池转换效率较低(14.5％)，性能极不稳定，电池衰减快，其应用受到了制约。法国的E.Ehret和F.Durand等人将电磁连铸技术应用于多晶硅连铸，这种方法制成的多晶硅定杂质含量基本相当，成本低，但是存在结晶缺陷，多晶硅锭的组织不是定向凝固的柱状晶。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。定向凝固是在满足单向的热量和质量传递基本条件下的特殊的材料加工工艺。目前定向凝固多晶硅锭的制备主要是在直径为100mm左右的陶瓷(刚玉)或石墨套筒中进行，套筒内壁对多晶硅产生污染，以致最后影响硅锭的纯度。

发明内容

本发明的目的是为解决现有多晶硅锭的制备主要是在陶瓷或石墨套筒中进行，套筒内壁对多晶硅产生污染，导致多晶硅锭的纯度低的问题，提供一种具有定向凝固组织多晶硅锭的制备装置。

本发明包括炉体、真空室、真空泵、冷却器、拉杆、伺服电机、石墨底座、冷坩埚、方环状出水管、出水接管、第一螺母、水箱进水管、方环状进水管、进水接管、第二螺母、水箱出水管、感应线圈、石墨管、支撑板、聚料斗、壳体、螺杆、联轴器、可调式变速箱、步进电机和料斗，真空室设置在炉体中，真空泵设置在真空室的侧壁上，真空泵的入口端与真空室连通，冷却器设置在炉体和真空室的底板上，拉杆设置在冷却器中，拉杆的下端与伺服电机的输出端连接，拉杆的上端与石墨底座连接，石墨底座设置在冷坩埚的内腔中，方环状出水管套在冷坩埚的上端，冷坩埚上的每个通水孔分别通过细接管与方环状出水管连通，出水接管的一端与方环状出水管连接，出水接管的另一端通过第一螺母与水箱进水管连接，方环状进水管设置在方环状出水管的上方，冷坩埚上的每个通水孔分别通过细接管与方环状进水管连通，进水接管的一端与方环状进水管连接，进水接管的另一端通过第二螺母与水箱出水管连接，感应线圈位于方环状出水管的下方且缠绕在冷坩埚的外壁上，石墨管的下端出口与冷坩埚的内腔正对，石墨管的上端固装在支撑板上，支撑板与真空室内壁固接，聚料斗设置在石墨管上，壳体固装在支撑板上，且壳体上的出口与聚料斗正对，螺杆的两端分别通过轴承设置在壳体上，螺杆的输入端通过联轴器和可调式变速箱与步进电机传动连接，料斗安装在壳体的进料口处。

本发明具有以下优点：一、由于定向凝固多晶硅锭是利用本发明设备制备的，且在真空室内通过步进电机驱动螺杆连续送料，利用感应线圈加热与冷却器的强冷，冷坩埚内的循环水路将加热的水强烈搅拌，使得多晶硅锭具有定向凝固组织的柱状晶，且柱状晶生长连续、柱状晶大，柱状晶贯穿多晶硅锭的高度，因此，本发明方法制备的多晶硅锭纯度高且无污染。二、本发明设备制备的多晶硅锭具有环保、低碳的优点。三、利用本发明设备制备的具有定向凝固多晶硅锭适用于太阳能级多晶硅对纯度的要求。

附图说明

图1是本发明整体结构主剖视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是冷坩埚8的结构主剖视图，图4是图3的B-B剖视图，图5是图4的I局部放大图。

具体实施方式