[发明专利]多晶硅铸锭炉的气流控制结构及其使用方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及多晶硅生产领域，特别涉及一种多晶硅铸锭炉的气流控制结构及其使用方法。

【背景技术】

太阳能光伏发电是可持续能源利用的形式之一，近年来在各国都得到了迅速的发展。目前，应用最为普遍的是晶体硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅片制成。世界光伏产业中多晶硅片以产能高、能耗低、成本低占据太阳能电池主导地位，多晶硅铸锭炉正是这一领域的核心设备。

但是，相比直拉单晶硅而言，定向凝固法获得的多晶硅锭含杂质量往往比较高，从而严重制约了铸锭多晶硅的品质的提高，比如碳含量，过高的碳含量容易形成SiC沉淀从而引进微晶导致最终电池片的转换效率下降，此外，高浓度的碳含量还将影响硅片的机械性能。

目前行业内对多晶硅锭中碳含量的要求越来越严格，对于如何有效地降低碳含量的研究显得越来越重要。

目前多晶铸锭中碳成分主要来源于硅原料中本身所含的碳成分和热场内部含碳杂质对硅料的污染。比如，坩埚护板、加热器、DS(directional solidify，定向凝固导热)平台等石墨元件在高温时期的挥发物，高温下石英坩埚与石墨护板间的反应SiO2+C＝SiO+CO，所产生的CO及石墨挥发物未能及时被输运出炉体而进入硅液污染硅锭，故是否能够及时通畅地排出含杂质的气体尤其重要。

目前行业主要采用坩埚中央充气的方式进行排杂，但是该排杂方式容易形成气体流动死角区，即死循环区，导致杂质不能及时被输运出炉体，从而污染硅液。

经过实验探测铸锭炉内抽出的尾气发现高温阶段以上杂质浓度明显最高，即加热后期、熔化阶段及长晶初期，而其他阶段气体内杂质含量明显低于以上阶段，尤其是碳含量。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种能够提高铸锭炉排杂能力的多晶硅铸锭炉的气流控制结构及其使用方法。

为此，提出一种多晶硅铸锭炉的气流控制结构，包括：

可封闭的炉体，其上设有用以将所述炉体内抽成真空的抽气口；

安装在所述炉体内的隔热顶板；

安装在所述炉体内的隔热底板；

位于所述隔热顶板和隔热底板之间、用以与所述隔热顶板和隔热底板共同形成封闭空腔的隔热笼，所述隔热笼相对于所述隔热底板可升降地安装在所述炉体内部，所述隔热笼具有延伸于所述隔热顶板和隔热底板之间的侧壁；

安装在所述炉体上且位于所述隔热笼内、用以承载放有硅料的坩埚的热交换台，所述热交换台位于所述隔热顶板和隔热底板之间；及

安装在所述炉体内用以对硅料进行加热的加热器，所述加热器位于所述隔热笼内及所述隔热顶板及隔热底板之间；

所述炉体上设有在所述封闭空腔形成后，用以在坩埚放置到所述热交换台上后自坩埚的顶部向所述封闭空腔充气的中央充气气路，及用以在坩埚放置到所述热交换台上后自坩埚的侧部向所述封闭空腔内充气的侧充气气路；其中

所述隔热笼的侧壁上设有用以使所述封闭空腔内的气体流入所述炉体内的侧壁窗口。

在较佳的实施例中，所述热交换台的端部设有用以自侧部防护所述硅料的坩埚护板，所述侧充气气路的出气口与所述坩埚护板相对。

在较佳的实施例中，所述侧充气气路包括侧导气管道及与所述侧导气管道相连的出气口，所述侧导气管道自所述炉体的顶部进入所述炉体内后朝向所述热交换台直线延伸后弯曲进入所述封闭空腔中，以使所述出气口能在坩埚放置到所述热交换台上后自坩埚的侧部向封闭空腔中充气。

在较佳的实施例中，所述侧导气管为石墨管或氧化铝管或氧化锆管或陶瓷管或碳复合材料管。

在较佳的实施例中，所述侧壁窗口具有上边缘和下边缘，其中所述上边缘距离所述隔热顶板较所述下边缘距离所述隔热顶板近，所述封闭空腔形成时，所述侧壁窗口的下边缘距所述隔热顶板的距离为30～200毫米，所述侧壁窗口上边缘和下边缘之间的距离为10～200毫米。

在较佳的实施例中，所述侧充气气路具有多个出气口。

在较佳的实施例中，所述炉体内设有电极，所述电极固定在所述炉体上，所述加热器固定在所述电极上。

在较佳的实施例中，还包括固定在所述炉体内的石墨支柱，所述热交换台固定在所述石墨支柱上。