[其他]用于硅晶体制备的石墨坩埚

说明书

背景技术

对能量的高涨的需求和有限的化石燃料储备正日益增加地推动对替代能源的需求。一种特别重要型的备选能源是太阳能，以及（具体地）使用光伏电池来产生电力。 

大多数光伏电池由结晶硅制成，该结晶硅以各种方法制造。一种常见的方法是通过定向凝固系统(DSS)过程，其中硅原料被装入石英坩埚中并加热到坩埚的内容物熔化为止。然后从坩埚的底部引入热能。熔体经历温度梯度并且在底部处开始凝固。晶体向上生长，并且晶界平行于凝固方向形成。为了获得定向凝固，凝固热必须流过固态硅的生长层。因此，在坩埚下部的温度应与固态硅厚度的增加协调地降低，以维持稳定的生长速率。 

当在由石墨制成的坩埚中生产硅铸锭时，坩埚移除可能是困难的。首先，铸锭和坩埚的重量可能很容易达到几百磅。使移除进一步复杂化的是，铸锭自身可能粘滞在坩埚中的点处。因此，本领域需要一种改进的坩埚和从坩埚移除铸锭的方法。 

发明内容

根据一方面，用于加工硅的石墨坩埚包括底壁，该底壁包括底壁内部的外层（facing）表面。多个侧壁从底壁向上延伸。每个侧壁包括侧壁内部的外层表面。侧壁具有垂直于凝固方向的热膨胀系数，该系数小于在坩埚中加工的硅的热膨胀系数的95%。侧壁和底壁在室温下包括从约90至约160W/m·K的贯通面热导率(thru-plane thermal conductivity)。侧壁中的至少一个包括接触点，其被构造成接合联接装置以在移除硅铸锭期间防止坩埚移动。 

根据另一方面，用于加工硅的石墨坩埚包括底壁，该底壁包括底壁内部的外层表面。多个侧壁从底壁向上延伸。每个侧壁包括侧壁内部的外层表面。侧壁具有垂直于凝固方向的热膨胀系数，该系数小于在坩埚中加工的硅的热膨胀系数的95%。侧壁和底壁在室温下包括从约90至约160W/m·K的贯通面热导率。侧壁中的至少一个包括外部的外层表面，该外部的外层表面为弯曲的，以便在坩埚从竖直构型倾斜至侧放构型时允许在侧壁和支撑表面之间的连续接触。 

根据又一方面，公开了一种用于从石墨坩埚移除硅铸锭的方法。硅铸锭具有顶部表面和将在后加工步骤中移除的切割区域。该方法包括：在切割区域中的位置处将一个或多个紧固件附接到坩埚的顶部表面；以及向上拉动一个或多个紧固件，从而将硅铸锭从石墨坩埚移除。 

附图说明

图1是定位在定向凝固炉中的坩埚的局部侧示意图。 

图2是坩埚的俯视图。 

图3是沿图2的线A-A的坩埚的侧剖视图。 

图4是接触点的放大剖视图。 

图5是坩埚的备选实施例的侧剖视图。 

图6是坩埚的另一个备选实施例的侧剖视图。 

图7是硅铸锭的侧视图。 

图8是硅铸锭的俯视图。 

具体实施方式

现在参照图1，定向凝固组件被显示并且总体上由数字10表示。组件10包括热绝缘的封罩12，在封罩12内定位有坩埚14。一个或多个加热元件16靠近坩埚14的一个或多个侧面定位在封罩12内。在图1所示的实施例中，采用两个加热器，在坩埚14的相对两侧上各一个。然而，应当理解，可以在封罩12内的多个位置中采用更多或更少的加热器。例如，在其它实施例中，加热器邻近坩埚14的每一侧定位。在另一些实施例中，一个或多个加热器可以靠近坩埚顶部、坩埚底部或两者定位。这些顶部和/或底部加热器可以结合或代替侧面定位的加热器。 

坩埚14定位在基板18上或与基板18热接触。基板18支撑坩埚14的重量并且也充当吸热器，以从坩埚14的底部吸收热能。基板18可以有利地为石墨材料。 

当制备定向凝固硅，多晶硅15在坩埚14内熔化或者被熔化并添加到坩埚14。然后，加热元件16和由基板18提供的吸热器功能控制装入坩埚14中的硅15的温度。 

加热元件16被控制，以便在坩埚14的底部(通过基板18)从熔融的硅吸收热能。因此，凝固过程在坩埚14的底部处开始并且定向地凝固到坩埚14的顶部。一旦形成硅铸锭，就从坩埚14移除硅以进一步加工。一个完整的铸锭形成循环在本文中被称为一次熔炼。每个坩埚14可用于多次熔炼。在一个实施例中，坩埚14被用于至少20次熔炼。更有利地，坩埚14被用于至少30次熔炼。还更有利地，坩埚14被用于至少40次熔炼。