CN104372403B - 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉 - Google Patents

多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉 Download PDF

Info

Publication number
CN104372403B
CN104372403B CN201410631857.3A CN201410631857A CN104372403B CN 104372403 B CN104372403 B CN 104372403B CN 201410631857 A CN201410631857 A CN 201410631857A CN 104372403 B CN104372403 B CN 104372403B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat insulation
crucible
heat
heat exchange
silicon ingot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410631857.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104372403A (zh
Inventor
方海生
王森
蒋志敏
郑江
张梦杰
金泽林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201410631857.3A priority Critical patent/CN104372403B/zh
Publication of CN104372403A publication Critical patent/CN104372403A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104372403B publication Critical patent/CN104372403B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块，设置在多晶硅铸锭炉的坩埚底部外周，用于坩埚加热或冷却多晶硅过程中的隔热保温，该隔热块为中空方形筒体结构，筒体筒壁为中空夹层结构，其中内壁用于包覆设置在坩埚底部的热交换块外周壁面，且该内壁与所述热交换块外周壁面具有间隙，所述外壁用于与设置在坩埚***的竖直隔热板固定接触，所述坩埚中心线、热交换块中心线以及隔热块中心线重合，且所述隔热块顶部低于热交换块顶部。本发明还公开了具有该隔热块的铸锭炉。本发明不仅可以缩短硅锭铸造过程中化料时间，降低能耗，而且能够有效抑制形核初期坩埚壁附近晶粒优先生长，获得微凸和比较平直的凝固界面，进而提高硅锭质量。

Description

多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉
技术领域
本发明涉及多晶硅铸锭炉技术领域，具体涉及一种用于多晶硅铸锭炉中的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉。
技术背景
太阳能光伏发电是一种可持续的能源利用形式，绿色无污染、资源相对充足、不受地域限制、***运行可靠等诸多优点使其受到越来越广泛的关注。多晶硅太阳能电池以其低成本、高转换效率及易于批量生产等诸多优点成为当前最重要的光伏产品之一。
多晶硅太阳能电池中的多晶硅锭通常采用铸造方法制备，目前，多晶硅锭铸造方法多为定向凝固法。定向凝固法多晶硅晶体生长时，坩埚底部开始形核，晶粒沿竖直方向生长，凝固结束得到柱状晶粒，此时硅锭内部晶界平行于生长方向，对硅片转换效率影响较小。多晶硅定向凝固过程通常伴随着隔热笼上升或底部隔热板下移，利用热交换块实现坩埚底部散热，但是，在形核初期，坩埚底部边角区域散热较快，使得坩埚壁附近晶粒快速生长形成细晶区，晶界偏离生长方向，同时凝固界面凹向熔体，分凝效应使得杂质集中在硅锭内部，进一步降低硅片光电转换效率。另外，多晶硅锭冷却开始时，硅锭内部温度较高，坩埚侧壁散热过快使得近壁处硅锭径向温度梯度增大，导致此处热应力增加，使得高温下热应力引起的位错密度快速增长，不利于高质量多晶硅锭的生长。
中国专利申请200820031102.X公开了一种具有石墨冷却块保温条的多晶硅铸锭炉热场结构，其包括保温隔热笼体、加热器、石墨冷却块和安装在石墨冷却块的底部四周的保温条，该结构可以使有效区域内微晶的含量降低，使生产出来的晶锭中微晶含量为0％，但是其不能抑制坩埚壁附近优先结晶，坩埚近壁处硅锭内部位错密度较大，故其还是存在上述缺陷。
中国专利申请201310327283.6公开了一种多晶硅铸锭炉冷却快，其包括冷却块本体和坩埚，其中坩埚位于冷却块本体的顶面，冷却块本体顶面开有凹槽，坩埚覆盖在凹槽上，凹槽的中心轴线、坩埚的中心轴线和冷却块的中心轴线重合。 该方案中，通过设置正方形的凹槽利用空气和石墨的导热率的差异，实现对坩埚边角部位的适当保温，从而可以抑制坩埚壁附近晶粒的优先生长，获得较为平坦的固液界面，提供定向凝固多晶硅的质量。
但是，该方案中由于凹槽设置在冷却块上，首先会影响坩埚的热交换效率，使得化料时间以及冷却时间都大大增加；其次，由于坩埚是覆盖在凹槽上的，使得对坩埚底部侧壁晶粒的快速生长的抑制以及冷却过程中坩埚侧壁处硅锭内部位错密度快速增长的抑制效果有限，硅锭质量不够高。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉，其不仅可以缩短化料时间，降低加热器功耗，而且还能有效抑制坩埚底部侧壁晶粒的快速生长，获得微凸和较为平直的凝固界面，同时还能够抑制冷却过程中坩埚侧壁处硅锭内部位错密度快速增长，进而提高硅锭质量。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块，设置在多晶硅铸锭炉的坩埚底部外周，用于坩埚加热或冷却多晶硅过程中的隔热保温，其特征在于，该隔热块为中空方形筒体结构，筒体筒壁为中空夹层结构，其中内壁用于包覆设置在坩埚底部的热交换块外周壁面，且该内壁与所述热交换块外周壁面具有间隙，所述外壁用于与设置在坩埚***的竖直隔热板固定接触，所述坩埚中心线、热交换块中心线以及隔热块中心线重合，且所述隔热块顶部低于热交换块顶部。
作为本发明的改进，所述隔热块顶部为平面，底部的内壁面呈内低外高的锥面，使得该隔热块内壁面的底部为内凹的锥形。
作为本发明的改进，所述隔热块底板设置有可上下移动的底部隔热板，该底部隔热板与所述热交换块底部设有间隙，且该间隙与所述筒体筒壁中空层相通。
按照本发明的另一方面，提供一种多晶硅铸锭炉，其具有上述的隔热块。
本发明中，隔热块顶部内、外壁呈正方形，内部中空形成四个大小相同对称分布的长方体气体通道，气体通道顶部矩形最长边与内壁平行，大小与内壁边长相等，最短边长度为15～35mm，侧壁面DEN与竖直隔热板底部侧壁面DBN位于同一平面，防止气体通道堵塞，以带走多晶硅晶体生长过程中的热量和气体中的杂 质。
本发明中，隔热块内壁面与外部面形成夹层为四棱台空腔，以避免热交换块底部辐射换热受阻。
本发明中，隔热块置于竖直隔热板底边上，隔热块与热交换块之间优选留有5～10mm空隙，以释放热交换块和隔热块因受热不均匀引起的膨胀。
本发明中，硅料均匀置于坩埚内，坩埚置于热交换台上，隔热块顶部优选低于热交换块顶部5～10mm，坩埚中心线、热交换块中心线、隔热块中心线和竖直隔热板中心线重合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明通过设置上述隔热块，能够缩短多晶硅铸锭过程中化料时间，降低能耗，可以抑制形核初期坩埚底边侧壁处晶粒的快速生长，获得微凸和较为平直的凝固界面，同时还能够降低冷却过程中坩埚侧壁附近硅锭径向温度梯度，使得近壁处硅锭内部热应力减小，进而抑制位错密度的增长，提高多晶硅锭质量。具体来说，
1)隔热块具有四棱台空腔结构，四棱台侧面不与辐射路径ABB'相交，避免了热交换块底部辐射换热受阻。
2)隔热块内部矩形空腔对称分布，且远离隔热块内壁面，能够优化坩埚附近热场及流场分布，降低冷却过程中坩埚侧壁径向温度梯度，使得近壁处硅锭内部热应力减小，进而抑制位错密度的增长。
3)隔热块位于热交换块顶部下方，可以获得微凸凝固界面，进而抑制形核初期，坩埚底边侧壁处晶粒优先生长。
附图说明
图1为按照本发明实施例所构建的隔热块及具有该隔热块的铸锭炉炉体结构示意图；
图2为按照本发明实施例所构建的隔热块的俯视图；
图3为按照本发明实施例所构建的隔热块三维空间结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参见图1-3，按照本发明实施例所构建的隔热块2的顶部内、外壁呈正方形，内部中空形成四个大小相同对称分布的长方体气体通道5，气体通道5顶部矩形最长边与内壁平行，大小与内壁边长相等均为840mm，最短边EK大小为15mm，侧壁面DEN与竖直隔热板底部侧壁DBB'位于同一平面，隔热块2置于竖直隔热板1底边上，DF大小为22.5mm。隔热块内壁面CHG宽度为145mm。隔热块2与热交换块4之间空隙为10mm。硅料7均匀置于坩埚6内，坩埚6水平放置在热交换台4上，隔热块2顶部低于热交换块4顶部10mm，坩埚中心线、热交换块中心线、隔热块中心线和竖直隔热板中心线相互重合。隔热块2在整个铸锭过程中静止不动，底部隔热板8可沿竖直方向移动，以实现多晶硅锭冷却过程。
实际生产过程中，首先多晶硅原料7装入涂有Si3N4缓冲层的坩埚6中，再将坩埚6置于热交换块4上，确保坩埚中心线与热交换块中心线相互重合，然后将隔热块2置于竖直隔热板1底边上，移动底部隔热板8至B处，关闭炉腔，进行化料，此时由于隔热块2的保温作用使得隔热块2顶部区域温度很高，缩短了化料时间，底部区域温度较低，因而降低了加热器功耗。多晶硅晶体生长开始时，底部隔热板8开始下移，此时坩埚6底部热量通过热传导进入热交换块4，隔热块2与热交换块4侧壁空隙降低了热交换块侧壁散热，此时热交换块4主要通过底部进行辐射散热，由于隔热块顶部低于坩埚底部，从而对坩埚底部起到一定的保温作用，因而可以获得微凸的凝固界面，抑制了坩埚底部侧壁晶粒优先生长。冷却过程开始时，底部隔热板8开始下移，此时硅锭内部温度较高，由于隔热块的保温作用，使得坩埚外壁周围气体温度相对较高，坩埚近壁处硅锭径向温度梯度相对减小，降低了近壁处硅锭内部热应力，因而抑制了高温下热应力引起的位错密度的快速增长，提高了多晶硅锭质量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明专利较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块，设置在多晶硅铸锭炉的坩埚(6)底部外周，用于坩埚(6)加热或冷却多晶硅(7)过程中的隔热保温，其特征在于，该隔热块(2)为中空方形筒体结构，筒体筒壁为中空夹层结构，其中内壁用于包覆设置在坩埚(6)底部的热交换块(4)外周壁面，且该内壁与所述热交换块(4)外周壁面具有间隙，所述外壁用于与设置在坩埚(6)***的竖直隔热板(1)固定接触，所述隔热块(2)顶部为平面，底部的内壁面呈内低外高的锥面，使得该隔热块(2)内壁面的底部为内凹的锥形，所述隔热块(2)底板设置有可上下移动的底部隔热板(8)，该底部隔热板(8)与所述热交换块(4)底部设有间隙，且该间隙与所述筒体筒壁的中空层相通，所述坩埚(6)中心线、热交换块(4)中心线以及隔热块(2)中心线重合，且所述隔热块(2)顶部低于热交换块(4)顶部。
2.一种多晶硅铸锭炉，其具有上述权利要求1所述的隔热块。
CN201410631857.3A 2014-11-11 2014-11-11 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉 Active CN104372403B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410631857.3A CN104372403B (zh) 2014-11-11 2014-11-11 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410631857.3A CN104372403B (zh) 2014-11-11 2014-11-11 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104372403A CN104372403A (zh) 2015-02-25
CN104372403B true CN104372403B (zh) 2017-04-12

Family

ID=52551587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410631857.3A Active CN104372403B (zh) 2014-11-11 2014-11-11 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104372403B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105926036A (zh) * 2016-05-24 2016-09-07 山东省科学院能源研究所 一种多晶硅晶体生长炉生长装置及其热源调节方法
CN106702486A (zh) * 2017-03-30 2017-05-24 韩华新能源科技有限公司 高晶体质量多晶硅铸锭热场

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1192284A (ja) * 1997-09-10 1999-04-06 Mitsubishi Materials Corp 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法
CN101323973A (zh) * 2008-07-04 2008-12-17 绍兴县精工机电研究所有限公司 一种多晶硅定向长晶热场结构
CN201506708U (zh) * 2009-09-29 2010-06-16 常州天合光能有限公司 一种多晶硅铸锭炉的热场结构
CN201593073U (zh) * 2009-12-28 2010-09-29 常州天合光能有限公司 一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构
CN202744660U (zh) * 2012-06-06 2013-02-20 海润光伏科技股份有限公司 用于超大晶粒铸锭炉的热场结构
CN202755096U (zh) * 2012-03-19 2013-02-27 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 铸锭炉用隔热装置
CN202898598U (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 英利能源（中国）有限公司 一种铸锭炉
JP2013116845A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Sharp Corp 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウエハ、多結晶シリコン太陽電池、多結晶太陽電池モジュール
CN203360623U (zh) * 2013-07-24 2013-12-25 晶科能源有限公司 一种多晶硅铸锭炉
CN204265888U (zh) * 2014-11-11 2015-04-15 华中科技大学 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1192284A (ja) * 1997-09-10 1999-04-06 Mitsubishi Materials Corp 一方向凝固多結晶組織を有するシリコンインゴットの製造方法
CN101323973A (zh) * 2008-07-04 2008-12-17 绍兴县精工机电研究所有限公司 一种多晶硅定向长晶热场结构
CN201506708U (zh) * 2009-09-29 2010-06-16 常州天合光能有限公司 一种多晶硅铸锭炉的热场结构
CN201593073U (zh) * 2009-12-28 2010-09-29 常州天合光能有限公司 一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构
JP2013116845A (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 Sharp Corp 多結晶シリコンインゴット製造装置、多結晶シリコンインゴット、多結晶シリコンブロック、多結晶シリコンウエハ、多結晶シリコン太陽電池、多結晶太陽電池モジュール
CN202755096U (zh) * 2012-03-19 2013-02-27 江苏协鑫硅材料科技发展有限公司 铸锭炉用隔热装置
CN202744660U (zh) * 2012-06-06 2013-02-20 海润光伏科技股份有限公司 用于超大晶粒铸锭炉的热场结构
CN202898598U (zh) * 2012-10-31 2013-04-24 英利能源（中国）有限公司 一种铸锭炉
CN203360623U (zh) * 2013-07-24 2013-12-25 晶科能源有限公司 一种多晶硅铸锭炉
CN204265888U (zh) * 2014-11-11 2015-04-15 华中科技大学 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

Also Published As

Publication number Publication date
CN104372403A (zh) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104195634B (zh) 大尺寸硅锭多晶铸锭炉热场结构
CN102108544A (zh) 一种控制长晶界面的多晶炉热场结构
US9982361B2 (en) Liquid-cooled heat exchanger
CN104372403B (zh) 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉
CN102888650A (zh) 保持固液界面水平的多晶硅铸锭炉坩埚保温装置
CN104294360B (zh) 一种保温铸锭炉以及使用保温铸锭炉铸锭的方法
CN102965727B (zh) 多晶硅锭及其铸造方法
CN102425006A (zh) 定向凝固法生长铸锭多晶硅的方法及其热场
CN204265888U (zh) 多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉
CN103225106B (zh) 一种铸造高效多晶的热场
CN209584421U (zh) 一种适用于八边形的晶硅铸锭的热场结构
CN101839621A (zh) 一种冻干机钎焊板层结构
CN101782310A (zh) 一种冻干机钎焊板层
CN203065635U (zh) 一种底部增强冷却装置
CN203144557U (zh) 一种晶体生长设备中双向强化气体冷却装置
CN203174222U (zh) 一种多晶硅铸锭炉的热场结构
CN203065633U (zh) 一种铸造高效多晶的热场
CN203866402U (zh) 多晶硅铸锭节能热场结构
CN108842181B (zh) 一种节能多晶铸锭炉
CN211413614U (zh) 一种合金锻铸造用模具降温装置
CN208869720U (zh) 一种筒状多晶硅铸锭石墨热场
CN112981529A (zh) 一种多晶硅铸锭炉用铸锭装置
CN204265887U (zh) 一种多晶硅铸锭炉热场结构
CN209082032U (zh) 一种铸锭太阳能级高效多晶硅热场结构
CN211445996U (zh) 热交换台和应用其的晶硅铸锭炉

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant