[发明专利]一种生长纯净准单晶的铸锭热场

说明书

技术领域

本发明涉及一种生长纯净准单晶的铸锭热场。

背景技术

多晶硅铸锭炉是一种生长光伏材料的重要设备，生产中，将达到一定纯度要求的多晶硅转入炉中，按照工艺要求加热熔化、定向长晶、热处理、冷却出炉。构建硅晶体生长所需要的部件统称为热场，不单为多晶硅熔化提供大量的热能，在长晶过程中又提供合理的温度梯度场以得到合乎要求的多晶硅晶体。

准单晶也称作铸锭单晶，是利用定向凝固法生长具有类似单晶硅特性的晶体，其生长原理为利用籽晶诱导法生长单晶的传统方法。其主要过程为：首先在石英陶瓷坩埚底部放置单晶硅作为籽晶，然后再在其上装载硅原料，在熔化阶段通过冷却石英陶瓷坩埚底部降低籽晶底面的温度，保护籽晶底部不被完全熔化，待籽晶部分熔化后开始长晶，在长晶过程中，由于传统热场的设计缺陷，热流通过坩埚侧壁的流失导致坩埚内壁表面上的晶核的产生和长大，并随着晶体向上的生长，晶粒向晶体内部不断延伸，面积不断增大。因此在使用传统多晶铸锭炉生长准单晶晶体时，靠近坩埚壁面的16根晶棒，通常是包含部分普通多晶（<111>晶向为主）和部分准单晶（<100>晶向）结构的复合型硅片。因晶向的差异，采用能够发挥准单晶硅片优势的碱制绒工艺制作电池片时，因多晶部分以<111>晶向为主的晶粒，不能制备金字塔型绒面结构，使得硅片两部分晶体结构的色差比较明显，不但影响电池片的外观，也影响电池片的转换效率。

专利CN102140673提出了一种顶侧加热器分开控制的多晶硅铸锭炉加热装置，对改善晶锭后期，晶体中心位置的结晶界面起到很好的作用，但对靠近坩埚壁面的界面没有显著改善，坩埚壁面生成的细小晶粒仍然会向内生长。而且在长晶前半期，晶体处在侧加热器以下，由于坩埚壁面四周远离侧加热器，向四周的散热也使得大量细小晶粒生成与坩埚壁面并向晶锭内部生长，破坏单晶生长的晶体结构，难以实现所有25根小棒100%为完全准单晶结构。

专利CN202054920提出了一种用于定向凝固法生长单晶硅的装置，其实现方法是在坩埚底部外侧设置隔热设备，阻止坩埚避免的散热，对于抑制坩埚壁面处晶核的形成有一定的作用，但因工作方式为被动保温，不能完全抑制结晶界面前坩埚壁面上新晶核的形成和生长，且对坩埚侧壁的过渡保温，中心结晶界面将上凸，不利于晶体质量的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种生长纯净准单晶的铸锭热场，生长纯净准单晶晶棒的比例较高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种生长纯净准单晶的铸锭热场，具有上炉体、下炉体，所述的上炉体、下炉体形成的空腔内设有石英陶瓷坩埚，所述的石英陶瓷坩埚外壁外侧设有侧部主加热器，所述的石英陶瓷坩埚顶部设有顶部主加热器，所述的石英陶瓷坩埚外壁与侧部主加热器之间设有移动式副加热器，所述的移动式副加热器与副加热器电极连接，所述的副加热器电极穿过上炉体与副加热器电极移动装置连接，所述的副加热器电极移动装置安装在上炉体上，所述的副加热器电极移动装置通过副加热器电极带动移动式副加热器上、下移动，所述的移动式副加热器自下向上移动的速度曲线与石英陶瓷坩埚内单晶硅籽晶的长晶速度曲线一致。

进一步地，所述的移动式副加热器为环形，所述的移动式副加热器绕石英陶瓷坩埚的外壁壁面一周。

进一步地，所述的副加热器电极为沿圆周均匀分布的三根电极棒，三根电极棒均与环形的移动式副加热器连接。

进一步地，所述的石英陶瓷坩埚置于石墨坩埚内，所述的石墨坩埚底部设置有石墨助凝块，所述的石墨助凝块由支撑柱支撑，所述的石英陶瓷坩埚内加有硅溶液，所述的石墨坩埚位于底部开口的保温腔侧壁内，所述的侧部主加热器位于保温腔侧壁与石墨坩埚外壁之间，所述的移动式副加热器位于石墨坩埚外壁与侧部主加热器之间，所述的侧部主加热器与顶部主加热器连接有主加热器电极，所述的保温腔侧壁与保温腔底板脱离形成豁口。

本发明的有益效果是：本发明通过增加移动式副加热器，在长晶过程中保持移动式副加热器与石英陶瓷坩埚内的固液界面处在同一高度，在副加热器电极的带动下，随着结晶界面的向上推进而上移。由于移动式副加热器自下向上移动的速度曲线与石英陶瓷坩埚内单晶硅籽晶的长晶速度曲线一致，移动式副加热器的加热作用可有效阻止固液界面处石英陶瓷坩埚侧壁的热流散热，使得靠近石英陶瓷坩埚壁面的固液界面为水平或略凸，从而阻止固液界面前沿的石英陶瓷坩埚壁面上晶核的产生和向内生长，使的籽晶诱导作用产生的准单晶晶体结构不被石英陶瓷坩埚壁面处新产生晶粒的影响，生长纯净准单晶晶棒的比例较高。

附图说明