[发明专利]石墨助凝块多晶硅锭炉

说明书

技术领域

本发明属于多晶硅铸锭设备技术领域，尤其是一种用于多晶硅定向凝固的石墨助凝块多晶硅锭炉。 

背景技术

   进入21世纪以来，随着现代化工业的发展，环境污染和能源短缺已经越来越制约人类社会的发展，由于太阳能发电具有安全可靠、无污染、无需消耗燃料、可再生等优点，已经成为可再生能源中重要的组成部分，也是近年来发展最快、最具活力的研究领域之一，现今光伏产业上制备太阳电池最主流的材料是硅材料，它分为单晶硅和多晶硅，因为多晶硅生产成本较低，所以更适合低成本的工业化生产。 

    定向凝固多晶硅铸锭所需原料来源广、纯度要求低，而且生产效率高，在规模生产上较有优势，所以近年来利用定向凝固技术生产铸造多晶硅的产量迅猛增长，定向凝固法通常指的是在同一个坩埚中熔炼，利用杂质元素在固相和液相中的分凝效应达到提纯的目的，同时通过单向热流控制，使坩埚中熔体达到一定的纵向温度梯度，从而获得沿生长方向整齐排列的柱状晶组织，在铸锭炉中，坩埚底部石墨助凝块既是坩埚的依托设备，又起到传导散热的作用，其结构的不同直接影响了坩埚内热场分布，进而对多晶硅锭的质量产生影响，目前GT Solar DSS450HP铸锭炉中石墨助凝块为具备一定厚度和大小的两块长方形石墨块，其四周与中心散热量不均衡，导致横向温度梯度的出现，使得铸锭过程中固-液界面不平整，这不仅增大了硅锭的位错密度，而且造成硅锭晶粒取向不一致，显著地影响了硅锭质量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种使得结晶时该区域易于形核、最终可以得到取向较为一致、位错密度较小的大尺寸柱状晶粒，获得较高品质多晶硅锭的石墨助凝块多晶硅锭炉。 

技术方案：包括炉体，其特征是：炉体内设置保温罩，保温罩放置在炉体内的底板上，保温罩的顶部和侧面设置加热器，保温罩内在底板上设置叠加在一起的两块助凝块，下面的助凝块底面设置为曲面。 

所述的底面为曲面的助凝块其曲面形状由下式决定： 

X=a*cosθ

Y=b*sinθ

a= **(1+Δα)

b=**(1+Δα)

Δα=|T₀-T|*α 

α=0.2%/K

Ф₁=K₁*A₁*ΔT;   Ф₂=K₂*A₂*ΔT

式中：D₁:顶部石墨助凝块厚度；D₂：石英坩埚壁厚；L:氩气流量；K_1:氩气热传导系数；K₂：石墨热传导系数；A₁：顶部石墨助凝块面积；A₂：氩气与底部石墨助凝块接触面积；ΔT：石墨助凝块块与多晶硅温度差；m：多晶硅质量；α：温度修正系数；T：多晶硅温度。

所述的a值在1500~3000 mm之间, b值在150~1000 mm之间, θ值在60~90°之间。 

有益效果：本发明底部石墨助凝块下表面加工成曲面，再自然叠放顶部助凝块，再将坩埚放置于顶部助凝块之上，首先保证了其对坩埚的承重的安全性与可靠性，然后保证了坩埚底部散热的均匀性与有效性，修正了原有较大的横向温度梯度，减少了硅锭的位错密度，同时确保坩埚底部中间区域有较快的冷却速度，进而获得取向较为一致的大尺寸柱状晶粒，显著提高了硅锭的质量。 

附图说明

图1为本实施例为铸锭炉结构示意图，图中7是上面的助凝块；图2是实施例的检测结果，左图为传统助凝块得到硅锭的少子寿命，右图为新型助凝块得到工艺的少子寿命图。 

 [0010] 具体实施方式

现结合附图1对本实施例作进一步说明，包括炉体1，炉体1内设置保温罩3，保温罩3放置在炉体1内的底板8上，保温罩3的顶部和侧面设置加热器2，保温罩3内在底板8上设置叠加在一起的两块助凝块，下面的助凝块6底面设置为曲面，所述的底面为曲面的助凝块其曲面形状由下式决定：

曲面的形状由下式决定：

X=a*cosθ

Y=b*sinθ

a=**(1+Δα)

b=**(1+Δα)

Δα=|T₀-T|*α 

α=0.2%/K