[实用新型]多晶硅铸锭炉热场结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅铸锭炉设计和制造技术领域，具体涉及一种多晶硅铸锭炉热场结构。

背景技术

太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳仅消耗了它自身的2％。太阳能在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气等，也没有噪音，更不影响生态平衡，具有优越的环保性。太阳能发电是一种新兴的可再生能源，可以部分替代石油煤炭等不可再生能源，缓解日益严重的能源危机，有助于减轻由于化石能源的利用引起的环境污染。

铸造多晶硅是制作太阳能电池的主要材料，具有原料丰富、成本低廉、工艺简单、光电转化效率高等优势。多晶硅铸锭晶粒尺寸、晶体缺陷、内应力及杂质的形成与分布等与定向凝固过程的温度场密切相关，并进一步影响太阳能电池的光电转化效率。多晶硅铸锭过程中铸锭炉内热传递包括热传导传热、对流传热和辐射传热。炉内热传导传热主要发生在石墨支撑板与石英坩埚之间以及石英坩埚与硅熔体之间；炉内对流传热主要是硅熔体内部之间的传热和传质；辐射传热主要发生在石墨加热器、石墨支撑板以及多晶硅体或熔体与外部环境之间发生的传热，辐射换热是多晶硅铸锭加热器即热源与多晶硅原料之间最主要的热交换方式。辐射传热与热传导导热、对流传热有本质不同，辐射换热以电磁波形式传递能量，物体间不需要介质或接触。目前，多晶硅铸锭包括加热、熔化、长晶、退火、冷却五个阶段，铸锭周期为75～90h，其中熔化耗时为27～35h。熔化过程中炉内温度高达1500℃左右，退火过程中炉内温度也高于1000℃。

现用石墨加热器的侧部加热器与顶部加热器的两侧外表面均为无区别的光滑平面。现用石墨支撑板的内外壁同样是无区别的平滑面。多晶硅铸锭炉中，石墨加热器以及石墨支撑板与炉内保温板内壁间距很小，且壁面均是平行相对，即加热器投射到保温板上的热量与投射到石墨支撑板上的热量是相等的，另外支撑板上的热量也连续不断地辐射到保温板上。保温板外壁与铸锭炉体同时进行辐射换热，外炉体内通入冷却水连续不断地带走外炉体上热量，保证炉体外壁温度接近室温。尽管碳毡保温板具有很好的保温性能，但因较长的铸锭周期和较高的炉内温度，依然有大量的热量损失，热量由冷却水连续不断地带出炉外。

为减少铸锭过程中的能耗损失，一种改进的方式是在石墨碳毡隔热屏内侧增加一层金属钼反射屏，把加热带辐射的热量反射回去，减少了隔热屏本身吸收的热量，但钼屏价格较高，增加铸锭成本。另一种改进的方式为：石墨保温毡厂家在碳毡保温板内侧增加一层石墨纸，减少保温隔热屏吸收的热量。但石墨纸长期高温炙烤容易脱落且会释放出碳杂质。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种能降低铸锭时能耗损失的多晶硅铸锭炉热场结构。

一种多晶硅铸锭炉热场结构，包括隔热笼、置于所述隔热笼内的热交换台、放置在所述热交换台上的坩埚、设置在坩埚四周的石墨支撑板、设置石墨支撑板与隔热笼之间的侧部加热器、设置在坩埚顶部的顶部加热器，所述石墨支撑板、侧部加热器及顶部加热器中的至少一个元件与隔热笼相对的表面上设置有空腔。

上述多晶硅铸锭炉热场结构，石墨支撑板、侧部加热器及顶部加热器中的至少一个元件的与隔热笼相对的表面上设置有空腔结构，减少加热器或石墨支撑板辐射到隔热笼内壁的热量，增加隔热笼辐射回石墨部件上热量的吸收率，降低隔热笼温度，减少隔热笼与铸锭炉体之间的辐射换热，减少铸锭能耗损失，缩短铸锭周期，有效降低多晶硅铸锭生产成本。另外，不会增加设备成本，避免引入碳等杂质，在降低铸锭能耗同时不会影响多晶硅铸锭质量。

在其中一个实施例中，所述空腔为圆柱形。

在其中一个实施例中，所述空腔的底部为半球曲面，半球曲面的直径与空腔直径相等。

在其中一个实施例中，所述空腔的深度与直径的比值不小于1。

在其中一个实施例中，所述空腔设置有多排，相邻两排的空腔交错设置。

在其中一个实施例中，所述侧部加热器呈曲线形。

在其中一个实施例中，所述空腔的内壁和底部均光滑平整。

在其中一个实施例中，所述隔热笼包括顶板、侧板和底板，所述侧部加热器与所述侧板平行。

在其中一个实施例中，还包括承靠在石墨支撑板的顶部的石墨盖板，所述顶部加热器位于石墨盖板与顶板之间。

在其中一个实施例中，顶部加热器、石墨盖板及顶板三者平行。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的多晶硅铸锭炉的结构示意图；

图2为本实用新型的侧部加热器的结构示意图；

图3为图2中A-A的剖视图；