[实用新型]基于多加热器的铸锭炉热场结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅铸锭炉的制造技术领域，具体涉及一种基于多加热器的多晶硅铸锭炉热场结构，适用于制造大投料量大尺寸高品质的多晶硅锭。

背景技术

多晶硅铸锭炉是一种专业的硅重熔设备，用于生产合格的太阳能级多晶硅铸锭。铸锭生产是先将符合要求的多晶硅原料装入炉中，而后按照工艺设定进行加热、熔化、长晶、退火、冷却等各个步骤，最终将多晶硅锭取出的过程。

但是，铸造多晶硅内部存在大量的晶界，洁净的晶界呈非电活性，对少数载流子寿命并无影响或只有微小影响，而杂质的偏聚或沉淀会改变晶界的电活性，会显著降低少数载流子寿命，晶界越多，影响越大。因此，相比于单晶，多晶硅所制备的太阳能电池效率低，影响了其在太阳能光伏行业的广泛应用。

多晶炉中硅原料的重熔和长晶需要一个稳定的温度梯度环境，通常称之为热场。常见的热场结构通常主要由炉室、隔热笼体、顶部保温板、顶侧加热器、坩埚及护板、支撑柱及下保温层以及负责定向散热的助凝块等构成（如图1所示）。中国实用新型专利“用于多晶硅垂直定向生长的随动隔热环热场结构”（ZL 201010108876.X）揭示了另一种热场结构（如图2所示）：包括置于炉室内的坩埚，坩埚的热场包括顶部加热器、侧部加热器和位于坩埚底部的热交换台，其中顶部加热器和侧部加热器固定于电极上；所述炉室内设有侧面包围式的隔热笼体，所述坩埚及热场均置于隔热笼体中，隔热笼体的上端与提升装置相连；隔热笼体上下分别设置顶部保温板和下保温层，其中顶部保温板固定悬挂于电极上，下保温层及所述热交换台均固定于支撑柱上，顶部保温板与隔热笼体上端活动相接、下保温层与隔热笼体下端活动相接；一个环形的随动隔热环通过数个连接装置固定在隔热笼体的内部。

上述两种热场结构的运行过程基本相似：熔化阶段，隔热笼关闭，由隔热笼体、顶部保温板及下保温层组成一个封闭的腔室，加热器工作将硅料熔化；长晶阶段，隔热笼打开，由定向助凝块负责散热，坩埚底部产生了低温区，开始进行硅液的结晶过程。

常规的多晶铸锭炉，一般只获取热场内一个特定点的温度，并根据该信号温度对加热器功率输出进行整体控制，其余测温点仅做参考使用，不参与温控。这样的工作方式，决定了炉体内温度的可控性差，不能构建合理的温度梯度，在面临大投料量及大尺寸铸锭的形势下，具有不可克服的缺陷。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于多加热器的铸锭炉热场结构。通过该热场结构及温控系统，能够有效监测热场各部分的温度，调整各个加热器的功率输出，建立更加合理的温度梯度，适应大投料量以及大尺寸铸锭趋势。使长晶初期晶核形成更均匀，增大晶粒，减少晶界，改善晶向，降低能耗，最终提高晶锭的品质。

为解决技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

提供了一种基于多加热器的铸锭炉热场结构，包括置于炉室内的坩埚，坩埚的热场包括顶部加热器、侧部加热器和位于坩埚底部的热交换台；坩埚及热场均置于隔热笼体中，顶部保温板与隔热笼体上端相接、底部保温板与隔热笼体下端活动相接；该热场还包括位于热交换台底部的底部加热器，所述侧部加热器至少有两组；各加热器均设有单独的控制器、测温仪和变压器；其中，与顶部加热器及侧部加热器相配合的是红外测温仪，与底部加热器相配合的是红外测温仪或热电偶。

本实用新型中，所述测温仪是双色红外测温仪。

本实用新型中，炉室壁上设配置透明玻璃的测温窗口，所述红外测温仪固定安装于测温窗口处；与各侧温窗口相对应地，在顶部保温板、隔热笼体或底部保温板上开设有预留口。

本实用新型中，在顶部保温板或底部保温板上开设的预留口是圆形的孔，其直径为5~50mm。

本实用新型中，在隔热笼上开设的预留口是U型槽，其宽度为5~50mm，长度为10~500mm。

本实用新型中铸锭炉热场结构的具体运行方法是：在坩埚的顶部、侧部以及热交换台的底部分别设置顶部加热器、侧部加热器和底部加热器，其运行过程包括：

（1）加热阶段：在按照工艺要求完成装料并抽真空后，启用全部加热器；各加热器均按照工艺设定要求采用功率输出控制，使炉内温度在5小时内上升至1000℃以上；