[实用新型]定向水冷散热的节能型高效多晶硅铸锭炉

说明书

本实用新型涉及多晶硅生产技术，旨在提供一种定向水冷散热的节能型高效多晶硅铸锭炉。该种定向水冷散热的节能型高效多晶硅铸锭炉，包括炉体、隔热笼、石墨护板、定向散热块、底保温板、隔热百叶、水冷铜板、水冷铜管、石墨支撑柱、隔热移门、石英坩埚、顶部加热器、侧部加热器。本实用新型的底部水冷具有定向作用效果，只是对DS块进行辐射吸热，而不影响加热器的工作，因此冷热源是完全隔离而无相互作用，避免炉隔热笼提升时加热器功率上升的现象；底保温板和隔热百叶配合实现了连续冷量的可调，符合长晶阶段的散热需求；而加热融化阶段，底部隔热移门完全关闭，起到了一定隔热效果，进一步降低炉热量的散失，实现炉节能效果。

技术领域

本实用新型是关于多晶硅生产技术领域，特别涉及一种定向水冷散热的节能型高效多晶硅铸锭炉。

背景技术

多晶铸锭炉是用于制备太阳能级多晶硅锭的专业设备，随着光伏行业的蓬勃兴起而得到快速发展。多晶铸锭的生产过程实为硅料熔化重结晶的过程，需要经过装料、抽真空、加热、熔化、长晶、退火、冷却、出炉等工序。

近年来，国内外企业为了提高多晶硅铸锭电池片的转换效率，进行了积极的探索和试验，籽晶法高效多晶是目前较成熟和可行的方法。采用该方法装料时，需先在坩埚底部铺一层碎硅片或硅颗粒作为籽晶，然后在上面继续填装多晶硅料；熔化时，保证硅料从上向下层层熔化，待熔化至铺有碎硅片的籽晶时跳转进入下一步，可以实现熔液基于籽晶形成同质成核；而长晶时，在籽晶的基础上，熔液底部形成细小且分布均匀的晶粒，进而向上生长形成低缺陷高品质的硅锭；经过行业内众多企业的验证，采用籽晶法生产的高效多晶，同样条件下较普通铸锭多晶电池效率提高0.2％以上，现已经在国内各个厂家中广泛推广。

籽晶法高效多晶工艺能够实现高效铸锭的关键要点主要有两个，一个熔化工序时需要保证籽晶有效且均匀的保留，第二个就是长晶工序时晶粒生长的均匀性和垂直性。具体而言，籽晶法高效多晶工艺核心就是籽晶的保留，但是由于硅碇底部存有未重熔结晶的籽晶硅料，因此有效利用率较普通铸锭方法低8％左右，在确保籽晶全部有效保留的前提下籽晶高度越低，熔化界面越平整则硅锭重熔结晶就越多，有效利用部分也就多。其次，籽晶的100％有效保留奠定了高效铸锭的基础，对应长晶工序下如何充分利用籽晶的同质成核的优势，保证成核后的晶粒均匀且垂直生长则影响高效多晶的最终效果。

目前的多晶硅铸锭炉，通常采用隔热笼提升的方式进行籽晶的保留和长晶控制，这是一种非均匀、弱控制的散热方式。籽晶保留时，打开笼散热后，DS块四周散热快，温度会冷一些，形成水平方向的温度梯度，DS块的热均匀性难以保证，籽晶保留效果差。此外，开笼方式散热会带走较多热量，影响加热器工作，形成一对冷热矛盾，表现为加热器功率持续上升最终增加电能消耗。而在晶体生长阶段，隔热笼提升方式下，石墨坩埚四周和DS块一样直接照射到下炉室炉壁上，热量被带走后形成过冷度，硅液直接在石英坩埚壁上异质成核，生产出斜向生长的晶粒，抵消了籽晶同质成核的效果，降低了硅碇的高效品质，表现为四周硅块的晶粒斜向生长及较低的电池转换效率。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能克服隔热笼提升散热方式不足的定向水冷散热的多晶硅铸锭炉。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种定向水冷散热的节能型高效多晶硅铸锭炉，包括炉体，还包括隔热笼、石墨护板、定向散热块、底保温板、隔热百叶、水冷铜板、水冷铜管、石墨支撑柱、隔热移门、石英坩埚、顶部加热器、侧部加热器；

所述石英坩埚设置在炉体内，且石英坩埚的周围安装有石墨护板；所述定向散热块通过(多个)石墨支撑柱安装于炉体内，围设有石墨护板的石英坩埚通过石墨护板安装在定向散热块的上表面；

所述隔热笼(隔热笼由不锈钢骨架和保温用的固化碳毡组成上部和侧部封闭的笼体)吊装在炉体内，围设有石墨护板的石英坩埚设置在隔热笼中；所述顶部加热器、侧部加热器安装在隔热笼和石墨护板之间的空间内，且顶部加热器、侧部加热器分别设置在石英坩埚的上面和侧面；