[实用新型]一种硅锭铸造装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及硅锭制备设备技术领域，特别涉及一种硅锭铸造装置。

背景技术

随着世界范围内能源危机的爆发，风力和太阳能等可再生能源得到越来越广泛的应用，从而带动了可再生能源发电系统的蓬勃发展。在众多的可再生能源中，太阳能分布较为广泛，且从我国的地理分布情况来看，我国大部分地区的太阳能辐射量都比较丰富，因此，太阳能的开发和应用更为便捷。

在太阳能光伏领域，采用定向凝固的方法生产多晶硅锭是最普遍的方法，即在熔模铸造中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。目前通常在硅锭铸造装置（即铸锭炉）内通过提升隔热笼的方式实现定向凝固。

请参考图1，图1为一种典型的硅锭铸造装置的结构示意图。

如图1所示的硅锭铸造装置包括由上炉体12和下炉体16组成的壳体，壳体内由下至上依次安装有支撑柱17、定向助凝块15和坩埚组件14，定向助凝块15与坩埚组件14外罩有隔热笼13，隔热笼13的上端设置提升机构11，并在提升机构11的驱动下沿壳体的轴向上下运动。在定向凝固过程中，通过隔热笼13打开配合底部定向助凝块15与炉腔的热传导，使靠近隔热笼13底部坩埚的热量与炉腔内连通实现热交换，隔热笼13打开使硅锭所处热场内温度出现温度梯度，坩埚底部温度低，顶部温度高，使坩埚中硅液从底部开始结晶形成固态，随着隔热笼13开度的逐步增加，温度梯度逐步加大，使坩埚内所有的液态硅全部自下而上凝固成固体，逐步完成长晶过程。

但是，采用提升隔热笼的方式实现定向凝固的方式，对于铸锭装置热场内温度的可控性较差，无法根据实际工况及时调整热场内的温度，导致成核速度较慢，且生产的多晶硅锭晶粒均匀性较差，成品率较低。

因此，如何实现铸锭装置热场温度的可控性，根据实际工况及时调整热场内的温度，从而提高成核速度，提高晶粒的均匀性，提高成品率，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种硅锭铸造装置，其能够根据实际工况及时调整热场内的温度，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种硅锭铸造装置，包括壳体、设于所述壳体内的坩埚组件，以及设于所述坩埚组件下方的定向助凝块，还包括设置于所述壳体内的冷却管路，所述冷却管路的进口与介质温度可调的介质源连通，其出口与介质收集元件连通。

优选地，所述冷却管路的进口与所述介质源之间设置有检测介质温度的测温元件。

优选地，所述冷却管路的进口与所述介质源之间设置有检测介质流量的流量计和开度可变的阀门。

优选地，所述冷却管路位于所述定向助凝块的下方。

优选地，所述冷却管路在与所述定向助凝块的横向平面平行的方向上形成盘状结构。

优选地，所述冷却管路形成圆盘式结构。

优选地，所述冷却管路的进口和出口均由所述壳体上的热电偶预留孔形成。

优选地，所述介质收集元件由所述介质源形成。

优选地，所述介质源中为气态介质，所述冷却管路上开设有若干通气孔。

优选地，所述介质源中为液态介质，所述冷却管路为侧壁密封的通道。

本实用新型所提供的硅锭铸造装置包括壳体、设于所述壳体内的坩埚组件，以及设于所述坩埚组件下方的定向助凝块，还包括设置于壳体内的冷却管路，冷却管路的进口与介质温度可调的介质源连通，其出口与介质收集元件连通；在铸锭过程中，当硅锭铸造装置内的热场不适宜晶粒的定向生长时，通过调整介质源中的介质温度，调整冷却管路中的介质温度，通过冷却管路中的冷却介质与热场进行热交换，就能够将热场中的温度随时调整至最适宜的温度状态，实现了热场温度的可控性，从而提高了成核速度，提高了晶粒的均匀性，保证了较高的成品率。

在一种优选的实施方式中，本实用新型所提供的冷却管路的进口与介质源之间设置有检测介质温度的测温元件以及检测介质流量的流量计和开度可变的阀门；冷却介质的温度和流量都是直接控制炉内热场温度的主要手段，通过测温仪检测冷却介质的温度，当检测到的稳定与预定的最佳温度偏差较大时，调整介质源内的介质温度；通过流量计测量进入冷却管路的介质流量，并通过检测到的流量与预定流量的关系调整阀门的开度，以便控制冷却介质的温度和流量，确保炉内热场温度的可控性，符合高效铸锭工艺要求。