[发明专利]一种铸锭用坩埚的底座

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸锭用坩埚的底座。

背景技术

太阳能光伏发电作为一种最具潜力的可再生能源利用方式，成为取代传统的石化能源，支持人类可持续发展的主要技术，在最近五年来获得了飞速的发展。

目前晶体硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位。而硅片的成本占到了单多晶体硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。

铸锭单晶硅，是一种通过铸锭的方式形成单晶硅的技术。铸锭单晶硅的功耗只比普通多晶硅多5%，所生产的单晶硅的质量接近直拉单晶硅。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本来生产单晶硅的技术。由于多晶硅电池存在晶界复合，以及所采用的酸制绒技术无法达到在单晶硅制作中所采用的碱制绒技术取得的优良制绒效果，一般的多晶硅电池光电转化效率要低于单晶硅1~2%。通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高1%以上。

铸锭单晶硅主要有两种方法。一种是有籽晶的铸锭，另一种是没有籽晶的铸锭。有籽晶的铸锭技术先把籽晶、硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。再加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。无籽晶铸锭单晶方法的步骤基本和铸锭多晶相同；其要点是精密控制定向凝固时的温度梯度和晶体生长速度来提高多晶晶粒的尺寸大小，形成所谓的准单晶。一般铸锭准单晶的要求是在125单晶硅片中，某一单独的晶粒面积大于硅片面积的50%。这种准单晶硅片的晶界数量远小于普通的多晶硅片。无籽晶的单晶铸锭技术难点也在于控温。由于无籽晶铸锭技术对设备以及操作要求较高，目前商业化生产都采用有籽晶的铸锭单晶技术。这种技术既具有单晶硅材料低缺陷、高转换效率的优点，又具有铸锭技术的高产量、低能耗、低光致衰减的优点。

铸造准单晶技术先把籽晶、硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。再加热融化硅料，在加热过程中需要保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。这种技术的难点在于确保在第二步融化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体质量的关键。虽然铸造准单晶技术已经得到了产业化生产，但是目前仍然存在问题，即铸锭的良率目前较低，目前良率大约在40%~60%之间，这主要是由于铸锭周围多晶的产生严重影响了铸锭的利用率。铸锭周围多晶的形成主要是由于坩埚径向存在热量的传递，径向传热导致在坩埚壁附近容易产生抑制形核，这些晶核会随着径向传热的进行而长大，从而会形成铸锭四周的多晶区，同时铸锭生长过程中底部存在垂直方向的热流，径向热流与垂直热流的比例的大小对铸锭单晶的利用率有着重要的影响，若能够降低坩埚径向热流的比例，则可有效地抑制侧面的成核，降低铸锭多晶的比例，从而可以提高铸锭单晶的利用率。

目前常用的坩埚底座采用三根石墨支撑柱成品字形垂直放置在坩埚下面和铸锭炉底部之间，用来支撑和固定坩埚，铸锭炉底部由于采用比较强的散热的方式，如水冷方式，坩埚底部的热量借由这3根石墨支撑柱从铸锭炉底部散热，散热能力被3根石墨支撑柱的横截面面积限制，依赖底座到铸锭炉底部的辐射散热，因此坩埚底部的散热能力差，导致坩埚内部垂直方向的热流小，使坩埚径向热流比例增大，不利于抑制坩埚侧面的成核，降低了铸锭单晶的比例。

发明内容

为克服前述的坩埚底部散热能力差的问题，本发明提供一种用于铸锭用坩埚的底座。

一种铸锭用坩埚的底座， 包括上平面部分、下平面部分和连接部分，连接部分位于上平面部分和下平面部分之间，并连接上平面部分和下平面部分；所述连接部分横截面为矩形形状，连接部分的横截面的矩形长度与上平面部分长度相等，宽度不小于上平面部分宽度的四分之三。

优选的，下平面部分和/或连接部分为导热性能强于石墨的材料制成，以加强热传导效果。

一个优选实施例，铸锭用坩埚的底座成外径一致的柱形形状，所述上平面部分、下平面部分和连接部分的横截面的形状和大小完全一致。这样既加强了连接部分的热传导效果，并且取得了较好的支撑牢固性。

再一个优选实施例，连接部分的横截面的宽度等于上平面部分横截面宽度的四分之三，即所述铸锭用坩埚的底座的垂直截面成工字形；所述连接部分垂直方向的几何中轴线与上平面部分、下平面部分的垂直方向的几何中轴线重合。减小连接部分的宽度尺寸，主要是出于节省成本的考虑，连接部分与上、下平面部分中轴线重合，则是为了保证支撑牢固。