[实用新型]一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能电池多晶硅铸锭生产技术设备领域，特别涉及一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置。

背景技术

太阳能电池制造业发展最速，以超过50%的速度高速增长。在各种类型的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池由于转换率高，技术成熟而保持领先地位。晶体硅太阳能光伏组件的完整产业链包括铸锭、切片、电池和组件四部分，而铸造多晶硅锭是生产多晶硅太阳能光伏组件的第一个步骤。

多晶硅锭一般采用多晶硅铸锭炉，通过多晶硅铸锭炉铸造高品质多晶硅锭是提高电池转换效率的关键因素和基本前提。制备晶粒均匀细小的多晶硅能够保证多晶硅铸锭的品质。目前制备均匀小晶粒的方法主要依靠在长晶初期加大铸锭炉底部的降温速度，以获得较大的过冷度，达到细化晶粒的目的。具体操作方案是在硅料熔化完成后，迅速提升隔热笼，使得铸锭炉底部散热量加大，形核量增大，在坩埚底部形成晶粒比较细小的母相后，适当减小隔热笼的开度，在适宜的温度下继续完成剩余的长晶过程。

增大长晶初期铸锭炉底部散热速度以加大过冷度的方法可以实现生长小晶粒的目的，但是这种生产方法存在以下缺点：1、突然增大温度变化率对坩埚和涂层产生影响，如果坩埚涂层存在缺陷，则很容易发生粘埚甚至泄露等生产事故；2、突然增大的降温变化率会对后面正常的长晶过程造成影响，导致硅锭长晶速率波动较大，造成多晶硅锭缺陷、位错增多；3、铸锭炉主要依靠提升隔热笼来实现降低底部温度的目的，但是单纯的提升隔热笼，定向助凝块四边的散热速率高于中央的散热速率，这种降温模式会形成水平方向上的温度梯度，最终会影响硅锭晶粒的垂直度。因此，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，针对现有技术中硅铸锭工艺降温不均匀、温度变化过于突然以及铸锭低部温度冷却不均匀、铸锭中心温度降低效率差的问题，采用花式隔热底板，并在下炉体内腔设置冷却岛，通过起重电机控制花式隔热板的升降，从而实现多晶硅铸锭生产过程温度控制的均匀性、稳定性，并获得超细晶粒多晶硅铸锭产品。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，包括炉架、隔热花板、下炉体、方环隔热板、隔热垫、陶瓷坩埚、石墨护板、硅料、形核涂层、定向助凝块、支撑柱、冷却岛、起重电机、外隔热笼、内隔热笼、提升机构、铜馈入管、惰性气体管、上炉体和加热器，其特征在于：

所述多晶硅铸锭炉结构是：由炉架支撑上炉体和下炉体，所述上炉体与下炉体由双层冷却系统构成并扣合为一体，所述下炉体通过底部的液压系统或电机驱动打开或关闭，并设置有控制升降隔热花板的机构；所述上炉体外侧设置有惰性气体管、测温传感器、电源馈入铜管、真空管道、防护层等配套设施；所述下炉体内设置有支撑柱，用于支撑坩埚组件；所述下炉体炉壁为大流量冷却水壁，主要用于吸收高温坩埚所辐射出来的热量；所述下炉体中心设置有冷却岛，所述冷却岛为一圆球形结构体，其内部通过冷却水冷却并与下炉体冷却系统相连通，所述上炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，可以分别通过提升机构控制其提升或者下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述散热锥孔为喇叭口形，所述喇叭口方向朝向外侧，便于散射更多的热量；所述陶瓷坩埚四周设置有石墨护板，所述陶瓷坩埚底部石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有方环隔热板和隔热花板，所述方环隔热板中间设置有正多边形的的可升降隔热花板，在炉体底部起重电机控制下可实现升降隔热花板打开或者关闭操作；所述上炉体内陶瓷坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述陶瓷坩埚内装填有待熔融硅料，所述坩埚底部与定向助凝块相接，所述定向助凝块与陶瓷坩埚相接触的四周边缘设置有多层隔热垫。

所述隔热花板为多个扇形片拼接结构，通过正多边形框架固定在一起，在所述的多边形框架上，设置有可以单向转动的限位轴，每个组成正多边形的扇形均可围绕限位轴向上方单向转动；当隔热花板升起时，通过框架与限位轴使各个隔热花板扇片共同组成完整正多边形底板；当框架下降时，隔热花板中心遇到冷却岛球体后，被冷却岛球体顶部撑开，所有花形扇片打开，并露出缝隙，冷却岛通过隔热花板花形扇区片的缝隙，吸收定向助凝块辐射出的热量，起到冷却陶瓷坩埚中心区域的作用。