[发明专利]通过感应方法生产多晶硅锭的装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过感应方法生产多晶硅锭的装置和其能够用在从多晶硅制造太阳能电池中。

背景技术

从太阳光线产生电能的太阳能电池是由晶体硅构成的，单晶硅和多晶硅，即含有大晶体的多结晶硅，两者均可。

对于多晶硅的兴趣一直在增长，因为多晶硅太阳能电池的效率接近于单晶硅太阳能电池的效率，而多晶硅生长设备的生产率是单晶硅生长设备的生产率的许多倍。也就是说，多晶硅的生长比单晶硅生长要更容易。

本领域现有一种通过感应方法生产多晶硅锭的装置，该装置包括腔室，其安装在由感应器包围的、具有可活动底部和四个壁的冷却坩埚内，该四个壁包括由纵向延伸狭缝分隔开的部分。还有一套用于锭控制冷却的加热装置(欧洲专利号1754806，公开日：2007年02月21日，国际专利分类号：S30B11/00)[1]。同样地，该设备安装有分离的分隔装置，该装置能够安装在冷却坩埚的熔化容积内的结晶锭上，并进一步加热加入的块状硅料，在分隔装置顶部位置的上面进行熔化和铸造。

该现有装置的缺点在于多晶硅的生产率低且获得的多晶硅质量不好。多晶硅在晶体结构上具有大量缺陷。

与本发明相近的一种通过感应方法生产多晶硅锭的装置，该装置包括外壳，其包括启动加热硅的装置；由感应器包围的、具有可活动底部和四个壁的冷却坩埚，该四个壁包括由纵向延伸狭缝分隔开的部分；用于移动可活动底部的装置，和设在冷却坩埚下面的控制冷却隔室，其中在冷却坩埚的里面界定有正方形或长方形横截面的熔化腔室，冷却坩埚的壁至少从感应器朝向冷却坩埚的最低部分向外延伸，从而扩张了熔化腔室(欧洲专利号0349904，公开日：1990年01月10日，国际专利分类号：B22D11/10)[2]。熔化腔室扩张的角度从0.4°到2°。

该现有装置的缺点在于，由于频繁的硅熔体的溢出，使得多晶硅锭的质量降低且生产多晶硅锭的生产率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过感应方法生产多晶硅锭的改进装置，在该装置中，通过提出的结构上的改变，减少了硅熔体溢出，从而得到具有较好质量的多晶硅，且提高了多晶硅的生产率。

这个目标是通过提供一种利用感应方法生产多晶硅锭的装置实现的，该装置包括外壳，该外壳包括启动加热硅的装置；由感应器包围的、具有可活动底部和四个壁的冷却坩埚，该四个壁包括由纵向延伸狭缝分隔开的部分；用于移动可活动底部的装置；和设在冷却坩埚下面的控制冷却隔室，其中在冷却坩埚的内面界定有正方形或长方形横截面的熔化腔室，且冷却坩埚的壁至少从感应器朝向冷却坩埚的最低部分向外延伸，以扩张熔化腔室。根据本发明，冷却坩埚的每一个壁都具有中央部分，该中央部分在熔化腔室侧的中间没有纵向延伸狭缝，且熔化腔室扩张的β角通过如下方程式限定：

β＝arctg[2·(k-1.35·10^-3·b)/d]，

其中，

d是熔化腔室在感应器的水平上的长方形横截面的较小边或正方形横截面的边的长度，

b是熔化腔室在感应器的水平上的横截面的相邻边的长度，

k是经验系数，在1.5到2之间。

当正在生长的锭的周长很长时，系数k取最大值。

冷却坩埚的每一个壁的中央部分的宽为熔化腔室边长度的1/6到1。

通过感应熔化在带有活动壁的冷却坩埚底部内进行硅熔化和铸造过程中，其中该活动壁设计为导电或导热材料的水冷却的垂直面，部分熔体形成的弯面，由来自于坩埚内表面的电磁力压出，且通过它的流体静压达到平衡。在原料连续供应下，平衡被打破，较低水平的弯面周期性地流向冷却坩埚的内表面，在冷却坩埚的内表面熔体进行结晶，并在冷却坩埚的周界上形成炉壁结瘤，以容纳硅熔体并防止其与熔炉接触。

随着熔化工艺的继续和锭向下运动，炉壁结瘤变得更厚。当炉壁结瘤内表面的温度与硅的熔点相同时，结在坩埚上的炉壁结瘤的外表面的温度低于硅的熔点，且该温度取决于它的导热性和到坩埚壁的热传递。所形成的炉壁结瘤在横截面上和在熔池高度上均具有温度梯度。

在通过感应熔化生产多晶硅锭中，由于多种因素，熔体溢出到炉壁结瘤和冷却坩埚之间的空隙中。

因素之一是与在炉壁结瘤上的温度的横向梯度相关。