[实用新型]一种定向固化保温热场

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅铸锭炉设计领域，具体的说是一种用于多晶硅铸锭炉内的具有定向固化生长性能的保温热场。

背景技术

多晶硅铸锭炉是用于铸造大型多晶硅锭的设备，它将硅料高温熔融后，通过定向凝固结晶，使形成晶向一致的硅锭，从而达到太阳能电池对硅片品质的要求。

现有的多晶硅铸锭炉主要包括炉体、坩埚、保温隔热笼，炉体上开设用于抽真空的抽气孔，坩埚和保温隔热笼设置在炉体的炉膛内。炉膛底部固定若干支撑立柱，支撑立柱的上端固定一导热性很强的热交换台，坩埚放置在热交换台上。保温隔热笼包围在坩埚外部，保温隔热笼由下保温板与隔热笼体组成，下保温板固定在热交换台下方的支撑立柱上，隔热笼体与下保温板配合罩设在坩埚外侧。保温隔热笼内设置分别对坩埚顶部和侧壁加热的顶部加热器和侧部加热器。隔热笼体的上部连接提升装置，用于整个提起或放下隔热笼体。通常隔热笼体与坩埚均为方形结构，隔热笼体的顶部与四个侧壁的内侧均匀设置保温板，坩埚的底部和侧壁包覆厚度均匀的保温层，隔热笼体、下部保温板、坩埚的保温层、热交换平台、加热器共同形成多晶硅生长的保温热场。

多晶硅铸锭炉的工作过程为：将内涂有保护涂层的坩埚装入硅料后放在热交换台上；关闭炉膛后抽真空，接通顶部和侧部加热器的电源，将硅料完全熔化；之后缓慢向上提升保温隔热笼，露出下保温板、热交换台的下表面，通过热交换台将硅料结晶时释放的热量辐射到炉膛的水冷内壁上；从而在坩埚内的硅料中形成一个竖直的温度梯度，这个温度梯度使坩埚内的硅料从底部开始凝固，从底部向顶部慢慢生长成硅锭；之后经退火、冷却完成整个铸锭过程。

控制多晶硅锭凝固过程中的晶粒形状和尺寸是提高多晶硅太阳能电池的性能特性的重要手段，而多晶硅锭晶粒和形状的控制很大程度上取决于铸锭工艺过程，即应该严格控制垂直方向上的温度梯度、获得理想的凝固速度、使固液界面尽量平直，从而生长出取向较好的柱状多晶硅，使其电学性能均有一致。上述因素除了取决于加热器的热量分布、热交换台的散热情况，还有一个重要的因素就是由保温隔热笼与坩埚的保温层形成的热场的性能。

现有的保温热场，由于坩埚和隔热笼体均为方形结构，而隔热笼体的侧壁上下保温材料的用量一样，坩埚的边角与隔热笼体间隙距离会影响长晶质量。在长晶初期，坩埚的边角处温度散失过快，硅液容易从侧壁开始冷却，使得晶粒偏小、晶向倾斜、能耗较大；而在长晶中后期，晶体增多，液体减少，固体与加热器之间的距离也减小，热量散失主要靠热交换平台，散热不均匀。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种硅晶体定向均衡生长的定向固化保温热场。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种定向固化保温热场，包括连接有提升装置的由隔热笼体和下保温板组成的保温隔热笼、设置在保温隔热笼内的热交换台、放置在热交换台上的坩埚、设置在坩埚顶部和侧壁的加热器，改进后，

所述隔热笼体的内侧面设置第一保温板、第二保温板和第三保温板，第一保温板对应贴覆隔热笼体的顶部和侧壁的整个内侧面，第二保温板对应贴覆第一保温板的整个内侧面，所述第三保温板贴覆第二保温板内侧面的一部分，第三保温板从隔热笼体底部对应贴覆第二保温板的位置向上对应贴覆到隔热笼体的1/2～2/3高度处；

所述坩埚的外侧壁设置三层保温层，坩埚的底部设置两层保温层；

所述隔热笼体的第三保温板与坩埚侧壁的最外层的保温层之间的间隙为10~15mm。

上述定向固化保温热场，所述第一保温板、第二保温板、第三保温板以及坩埚的保温层均为石墨纤维板材质。

上述定向固化保温热场，所述第一保温板、第二保温板、第三保温板通过螺栓固定连接。

上述定向固化保温热场，所述隔热笼体设置为分体的上保温板和隔热侧笼，上保温板为隔热笼体顶部的第一保温板与第二保温板合并一体结构，隔热侧笼通过环绕搭接在上保温板上表面的搭接环与上保温板紧密配合，提升装置设置在上保温板上。

上述定向固化保温热场，所述隔热笼体的底部设置向内延伸的隔热环，隔热环与下保温板之间设置相互契合的接口。

本实用新型在采用上述技术方案后，具有如下技术进步的效果：

本实用新型通过在保温热场的薄弱环节增设保温材料，并控制保温材料的高度以及彼此之间的配合间隙，形成均衡的保温热场，从而能够更好的控制硅晶体定向均衡生长，解决了因温度不均衡的保温差造成的晶体生长多向性，产生枝蔓晶以及斜晶的问题。

附图说明