[发明专利]单晶硅定向凝固引晶模块

说明书

本发明公开了单晶硅定向凝固引晶模块，包括第一坩埚和第二坩埚，所述第二坩埚套设在第一坩埚内，第二坩埚内底部设有籽晶；所述第二坩埚的外径小于第一坩埚的内径，在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内设有石墨保温织套，所述石墨保温织套呈轴向两端敞口的筒状结构，石墨保温织套的轴向一端通过连接件固定在环形腔室的顶端、轴向另一端在重力作用下自然垂挂在环形腔室底部。本发明可有效防止液态硅原料在第一坩埚侧壁上成核结晶，利于获得高质量的单晶硅产品。

技术领域

本发明涉及单晶硅技术领域，具体涉及一种单晶硅定向凝固引晶模块。

背景技术

硅单晶和硅多晶铸锭是晶体硅太阳能电池最常用的材料。通常，使用硅单晶材料制造的太阳能电池比使用硅多晶材料制造的太阳能电池具有更高的光电传换效率。目前，硅单晶最常用的制造方法有提拉法(Czochralski法)和区熔法(Floating Zone法)；硅多晶的制造方法则通常采用定向凝固法(即铸造法)。定向凝固法是将硅原料放置在多晶铸锭炉内的坩埚中，通过改变温度场使硅原料从下向上定向结晶而成硅多晶。

目前，采用定向凝固法生长而成的硅晶体通常为硅多晶，而不能得到硅单晶，其主要原因在于，定向凝固的初始过程并没有采用特定晶向的籽晶进行引导，凝固通常是从石英坩埚壁面开始，自发形成多个凝固核心并逐渐长大，使其最终形成的晶体为多晶而不是单晶。因此，采用定向凝固法生长硅单晶需要满足特定的条件，其中最重要的是在凝固开始时需要采用籽晶完成引晶过程。

采用定向凝固生长单晶硅过程中，单晶硅生长环境的温度场较难控制，液态硅原料在定向凝固过程中易在坩埚内壁上成核结晶，形成多晶硅结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：采用定向凝固生长单晶硅过程中，单晶硅生长环境的温度场较难控制，液态硅原料在定向凝固过程中易在坩埚内壁上成核结晶，形成多晶硅结，本发明提供了解决上述问题的单晶硅定向凝固引晶模块。

本发明通过下述技术方案实现：

单晶硅定向凝固引晶模块，包括第一坩埚和第二坩埚，所述第二坩埚套设在第一坩埚内，所述第二坩埚内底部几何中心处开设有安装孔，安装孔内可拆卸连接设有用于夹持籽晶的固定件；

所述第二坩埚的外径小于第一坩埚的内径，在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内设有石墨保温织套，所述石墨保温织套呈轴向两端敞口的筒状结构，石墨保温织套的轴向一端通过连接件固定在环形腔室的顶端、轴向另一端在重力作用下自然垂挂在环形腔室底部。

本发明工作原理为：使用时，先将第二坩埚套设在第一坩埚内，确保第一坩埚和第二坩埚的轴心线重合，然后将石墨保温织套放入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，通过连接件将石墨保温织套的端部固定在第一坩埚和第二坩埚的顶部，这样受自身重力作用，整个石墨保温织套悬垂在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，这样由第二坩埚外壁至第一坩埚内壁之间，依次有空气保温层、石墨保温织套保温层和空气保温层，对第一坩埚形成良好的保温作用；此外，先将籽晶安装在固定件上，然后将固定件可拆卸连接设置在安装孔内，方便拆装操作；在将熔融后的液态硅料倒入第二坩埚内进行定向凝固生长单晶硅过程中，可有效防止液态硅原料在第一坩埚侧壁上成核结晶，利于获得高质量的单晶硅产品。

优选地，所述连接件呈环形板结构，环形板的内径与第二坩埚的内径相等，环形板的外径与第一坩埚的外径相等；石墨保温织套的一端敞口端固定在环形板的下板面上。

采用环形板固定石墨保温织套，结构简单，方便操作，由于，环形板的内径与第二坩埚的内径相等，环形板的外径与第一坩埚的外径相等，可将对石墨保温织套起到良好的固定悬挂作用，防止石墨保温织套整体坠入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内。

优选地，所述环形板的下板面上还沿周向凸设有第一定位环和第二定位环；所述第一坩埚的顶部端面上沿周向设有与所述第一定位环适配的第一定位槽，第二坩埚的顶部端面上沿周向设有与所述第二定位环适配的第二定位槽。