[发明专利]一种多晶铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶铸锭炉。

背景技术

太阳能发电是新兴的可再生能源技术，目前已实现工业化应用的主要为太阳能光伏发电和太阳能光热发电。光伏是一种利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳能直接转换为电能的一种新型发电系统。近年来，光伏行业发展迅速。

在太阳能电池硅锭生产中，理想硅锭内部杂质分布为，杂质在硅锭结晶过程中分凝至最顶部位置积聚，无向下延伸斑点状、条状杂质，将硅锭顶部统一去除后，剩余部分均可正常使用。实际生产中，采用顶部加热器的多晶铸锭炉，硅锭在定向结晶过程中，只有顶部接收热量辐射，热场为竖直梯度方向，硅锭侧部在结晶过程中无法直接接收加热器热量。在热场结构及加热散热方式固有因素影响下，晶粒挤压，产生内部缺陷和热应力不均现象，晶体在竖直方向结晶过程中出现凹凸不平液面，导致硅锭四周熔融硅迅速成核并结晶生长，在硅液内部形成边缘位置微“凹”形状的固液界面，造成熔融硅液边缘位置的杂质无法有效分凝到硅液上表面，直接结晶到硅锭内部，严重影响硅锭的切割长度，造成硅锭合格率偏低。

由于铸锭炉框架内的隔热层为多块石墨硬毡材质保温板拼接而成，高温下铸锭炉中产生的一氧化硅蒸汽同石墨硬毡发生如下反应：

Si(l)+SiO₂(s)→2SiO(g)……①

SiO(g)+2C(s)→SiC(s)+CO(g)……②

一氧化硅对石墨硬毡造成腐蚀，严重影响石墨硬毡的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种多晶铸锭炉，利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。

本发明所采取的技术方案是：

一种多晶铸锭炉，包括散热台、石英坩埚、加热器、隔热挡板、散热窗口和隔热层，隔热层内壁上覆盖有反射保护层。

优选的，反射保护层的厚度为3-5mm；

反射保护层的高度为200-500mm；

反射保护层下部与散热台上表面平齐；

反射保护层可直接固定在热场内部隔热层的石墨硬毡内表面，也可镶嵌于隔热层的石墨硬毡内壁上。

反射保护层的表面为横向的锯齿面，锯齿深度为0.5-2.5mm，锯齿面的尖角a大于60°，尖角a两个边的长度L₁大于L₂。根据反射原理设计合适的尖角角度、尖角两个边的长度以及锯齿深度，使尽可能多的辐射光线反射至石英坩埚侧面的石墨护板上，降低铸锭炉能耗。

反射保护层的材质熔点高于1600℃，并且不与一氧化硅反应，优选为石墨、高纯铂、高纯钼或高纯钨，进一步优选为高纯钼。采用石墨作为反射保护层时需要对石墨片进行抛光，以达到反射作用。

利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，通过内侧面温度的提升来减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，使硅液在结晶过程中的边缘微“凹”固液面形状转变为边缘微“凸”的固液面形状，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。

反射保护层采用横向的锯齿面，使铸锭炉四周热辐射途径发生变化，热量向斜上方反射，反射之后的热量全部作用于石英坩埚侧面的石墨护板上，减少了铸锭炉内的热量损失，降低了能耗。

由于反射保护层在高温下不与一氧化硅蒸汽反应，这样就避免了高温下一氧化硅对石墨硬毡的腐蚀，起到了对石墨硬毡的良好的保护作用，从而提高了石墨硬毡的使用寿命。

改进之后的多晶铸锭炉内热场由于温度梯度发生变化，需要调整配套的铸锭工艺才能实现提高硅锭合格率的目的。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、利用反射保护层的反射作用，提高铸锭炉内部隔热层保温效果和硅锭四周温度，减慢硅锭在结晶阶段四周的结晶速度，从而使硅液四周边缘位置的杂质能更好的分凝到硅液上表面，不影响硅锭切割硅片的有效长度，最终提高硅锭的合格率。

2、反射保护层采用横向的锯齿面，使铸锭炉四周热辐射途径发生变化，热量向斜上方反射，反射之后的热量全部作用于石英坩埚侧面的石墨护板上，减少了铸锭炉内的热量损失，降低了能耗。

3、反射保护层能够有效避免一氧化硅蒸汽对石墨硬毡的腐蚀，提高隔热层的使用寿命。

附图说明