CN107326436A - 一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉 - Google Patents

一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，包括炉体和设置在炉体内部的坩埚，炉体内部的底部垂直设置有石墨立柱，在石墨立柱的顶部水平设置有热交换平台，坩埚放置在热交换平台上，在坩埚的***到炉体的内部壁面之间依次设置有石墨护板层、加热器层和保温罩层，坩埚的截面形状是八边形，八边形坩埚包括四个坩埚壁和四个坩埚倒角壁，坩埚倒角壁位于相邻两个坩埚壁之间，石墨护板层和加热器层的截面形状与坩埚的截面形状一致，且石墨护板层和加热器层分别形成有与坩埚倒角壁对应设置的倒角层面；本发明将现有的四边形热场通过对四个角的倒角处理，增大热场尺寸，升级为八边形的热场，可以避免角锭的产生，提升硅锭的整锭平均转换效率。

Description

一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉
技术领域
本发明涉及一种铸锭炉，尤其涉及一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，属于太阳能多晶硅铸锭热场技术领域。
背景技术
现有的铸锭炉热场中，热场内部坩埚被设计为正方形，如图1所示，这种结构造成生产出来的成品硅锭同样是正方形，由于硅锭四个角位置的角锭相邻两个面都靠近坩埚，受到来自坩埚杂质的影响、受热场边界效应影响大，容易生产出受热场边界效应影响大的、低转换效率的角锭，并且角部热场温度分布不均匀，导致转换效率比较低，影响硅锭效率离散性，从而影响到整个硅锭的平均转换效率；由于最初铸锭炉热场设计为四边形，导致生产的硅锭一定会出现角锭，角锭的转换效率偏低，导致整锭的平均转换效率只有18.6%左右，因此，需要对铸锭炉热场结构进行重新创新设计。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，通过对现有的四边形热场四个角的倒角处理，增大热场尺寸，升级为八边形的热场，可以避免角锭的产生，提高硅锭的平均转换效率，同时更加有效利用炉腔空间，增大热场内部有效面积，提高装料量，通过对热场结构的改进，本发明铸锭炉使硅锭平均转换效率由18.6%左右提升至18.8%左右。
本发明所采用的技术方案为：
一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，包括炉体和设置在炉体内部的坩埚，所述炉体内部的底部垂直设置有石墨立柱，在所述石墨立柱的顶部水平设置有热交换平台，所述坩埚放置在热交换平台上，热交换平台主要起到热传导的作用，在所述坩埚的***到炉体的内部壁面之间依次设置有石墨护板层、加热器层和保温罩层，所述坩埚的截面形状是八边形，所述八边形坩埚包括四个坩埚壁和四个坩埚倒角壁，所述坩埚倒角壁位于相邻两个坩埚壁之间，所述石墨护板层和加热器层的截面形状与坩埚的截面形状一致，且所述石墨护板层和加热器层分别形成有与坩埚倒角壁对应设置的倒角层面。
作为本发明的进一步优选，在所述炉体内部的坩埚上方设置有顶部保温罩层，在热交换平台下方的石墨立柱上套设有底部保温罩层，所述顶部保温罩层和底部保温罩层的截面形状与坩埚的截面形状一致，提高保温效果，防止热量散失。
作为本发明的进一步优选，所述的底部保温罩层上设置有八个溢流孔，所述八个溢流孔分别与坩埚的四个坩埚壁和四个坩埚倒角壁对应设置，保证溢流时硅液顺利流到炉体内部的底部溢流丝位置。
作为本发明的进一步优选，所述的石墨立柱设置有三个，所述三个石墨立柱围成一个三角形垂直设置在炉体内部的底部，石墨立柱在炉体底部呈三角形放置的用来支撑热交换平台及坩埚、硅锭等的支撑柱。
作为本发明的进一步优选，所述的石墨立柱的***套有石棉保护层，石棉保护层一般是由耐高温石棉制作的用来保护石墨立柱不受溢流发生时硅液的侵蚀而设置的一层保护套。
作为本发明的进一步优选，所述炉体内部的底部设置有溢流棉层，且所述溢流棉层设置有五层，溢流棉通常是由耐高温石棉制作的用来阻断溢流硅液与炉体发生接触的保护层。
作为本发明的进一步优选，在所述的溢流棉层上设置有溢流丝，溢流丝是由不锈钢丝制作的，用来检测是否发生溢流的保护工具，溢流丝一般按照坩埚形状制作成一个外圈，再按照正方形制作成一个内圈，并固定在溢流层表面，然后接入保护电路，一旦发生溢流，硅液流到溢流丝上烧断溢流丝，保护电路就会发出警报并切断电源，溢流丝是本领域常用的溢流监控设备，具体原理与结构在此不再赘述。
作为本发明的进一步优选，所述的坩埚倒角壁的宽度小于坩埚壁宽度的一半，整体结构的一致性好，增强结构强度。
作为本发明的进一步优选，所述的石墨护板层是采用八块石墨护板组合为八边形的石墨护板层，用以吻合坩埚的形状，铸锭中对坩埚起到支撑的作用，与四边形热场相比，强度不下降。
作为本发明的进一步优选，所述的八块石墨护板中每块石墨护板上均设置有溢流孔，便于及时排除溢流硅液。
本发明的有益效果在于：通过对现有的四边形热场四个角的倒角处理，增大热场尺寸，升级为八边形的热场，有效避免生产出受热场边界效应影响大的、低转换效率的角锭，提高硅锭的平均转换效率，改善硅锭效率的离散性，同时更加有效利用炉腔空间，增大热场内部有效面积，提高装料量，通过对热场结构的改进，使用创新型设计的八边形铸锭炉热场后，硅锭平均转换效率可从原先的18.6%左右提升至18.8%左右，因此，进一步提升了铸锭炉的使用竞争力及多晶硅片在光伏发电行业的整体成本优势。
附图说明：
图1为现有铸锭炉结构示意图；
图2为本发明铸锭炉结构示意图一；
图3为本发明铸锭炉结构示意图二；
图4为本发明铸锭炉热场顶部结构示意图；
图5为本发明铸锭炉底部结构示意图；
图中主要附图标记含义如下：
1-炉体，2-保温罩层，3-加热器层，4-石墨护板层，5-坩埚，6-硅锭，7-角锭，8-坩埚壁，9-坩埚倒角壁，10-顶部保温罩层，11-底部保温罩层，12-热交换平台，13-溢流棉层，14-石墨立柱，15-石棉保护层，16-溢流丝。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。
如图2-5所示：本实施例是一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，包括炉体1和设置在炉体1内部的坩埚5，本实施例中的坩埚5是石英材料，硅锭6位于坩埚5内，在炉体1内部的底部垂直设置有石墨立柱14，在石墨立柱14的顶部水平设置有热交换平台12，坩埚5放置在热交换平台12上，热交换平台12主要起到热传导的作用，在坩埚5的***到炉体1的内部壁面之间依次设置有石墨护板层4、加热器层3和保温罩层2，坩埚5的截面形状是八边形，八边形坩埚5包括四个坩埚壁8和四个坩埚倒角壁9，坩埚倒角壁9位于相邻两个坩埚壁8之间，石墨护板层4和加热器层3的截面形状与坩埚5的截面形状一致，且石墨护板层4和加热器层3分别形成有与坩埚倒角壁9对应设置的倒角层面。
本实施例在炉体1内部的坩埚5上方设置有顶部保温罩层10，在热交换平台12下方的石墨立柱14上套设有底部保温罩层11，顶部保温罩层10和底部保温罩层11的截面形状与坩埚5的截面形状一致，提高保温效果，防止热量散失；而且，本实施例在底部保温罩层11上设置有八个溢流孔，八个溢流孔分别与坩埚5的四个坩埚壁8和四个坩埚倒角壁9对应设置，保证溢流时硅液顺利流到炉体1内部的底部溢流丝位置。
本实施例中的石墨立柱14设置有三个，三个石墨立柱14围成一个三角形垂直设置在炉体1内部的底部，石墨立柱14在炉体1底部呈三角形放置的用来支撑热交换平台12及坩埚5、硅锭6等的支撑柱。
本实施例在石墨立柱14的***套有石棉保护层15，石棉保护层15一般是由耐高温石棉制作的用来保护石墨立柱14不受溢流发生时硅液的侵蚀而设置的一层保护套。
本实施例在炉体1内部的底部设置有溢流棉层13，且溢流棉层13设置有五层，溢流棉通常是由耐高温石棉制作的用来阻断溢流硅液与炉体发生接触的保护层；同时，本实施例在溢流棉层13上设置有溢流丝16，溢流丝16是由不锈钢丝制作的，用来检测是否发生溢流的保护工具，溢流丝16一般按照坩埚形状制作成一个外圈，再按照正方形制作成一个内圈，并固定在溢流层表面，然后接入保护电路，一旦发生溢流，硅液流到溢流丝上烧断溢流丝，保护电路就会发出警报并切断电源，溢流丝是本领域常用的溢流监控设备，具体原理与结构在此不再赘述。
本实施例中的坩埚倒角壁9的宽度小于坩埚壁8宽度的一半，整体结构的一致性好，增强结构强度；而且，本实施例中的石墨护板层4是采用八块石墨护板组合为八边形的石墨护板层4，用以吻合坩埚5的形状，铸锭中对坩埚5起到支撑的作用，与四边形热场相比，强度不下降；同时，本实施例中的八块石墨护板中每块石墨护板上均设置有溢流孔，便于及时排除溢流硅液。
本发明通过对现有的四边形热场四个角的倒角处理，增大热场尺寸，升级为八边形的热场，有效避免生产出受热场边界效应影响大的、低转换效率的角锭，提高硅锭的平均转换效率，改善硅锭效率的离散性，同时更加有效利用炉腔空间，增大热场内部有效面积，提高装料量，通过对热场结构的改进，使用创新型设计的八边形铸锭炉热场后，硅锭平均转换效率可从原先的18.6%左右提升至18.8%左右，因此，进一步提升了铸锭炉的使用竞争力及多晶硅片在光伏发电行业的整体成本优势。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于：包括炉体和设置在炉体内部的坩埚，所述炉体内部的底部垂直设置有石墨立柱，在所述石墨立柱的顶部水平设置有热交换平台，所述坩埚放置在热交换平台上，在所述坩埚的***到炉体的内部壁面之间依次设置有石墨护板层、加热器层和保温罩层，所述坩埚的截面形状是八边形，所述八边形坩埚包括四个坩埚壁和四个坩埚倒角壁，所述坩埚倒角壁位于相邻两个坩埚壁之间，所述石墨护板层和加热器层的截面形状与坩埚的截面形状一致，且所述石墨护板层和加热器层分别形成有与坩埚倒角壁对应设置的倒角层面。
2.根据权利要求1所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，在所述炉体内部的坩埚上方设置有顶部保温罩层，在热交换平台下方的石墨立柱上套设有底部保温罩层，所述顶部保温罩层和底部保温罩层的截面形状与坩埚的截面形状一致。
3.根据权利要求2所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的底部保温罩层上设置有八个溢流孔，所述八个溢流孔分别与坩埚的四个坩埚壁和四个坩埚倒角壁对应设置。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的石墨立柱设置有三个，所述三个石墨立柱围成一个三角形垂直设置在炉体内部的底部。
5.根据权利要求4所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的石墨立柱的***套有石棉保护层。
6.根据权利要求1所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述炉体内部的底部设置有溢流棉层，且所述溢流棉层设置有五层。
7.根据权利要求6所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，在所述的溢流棉层上设置有溢流丝。
8.根据权利要求1所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的坩埚倒角壁的宽度小于坩埚壁宽度的一半。
9.根据权利要求1所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的石墨护板层是采用八块石墨护板组合为八边形的石墨护板层。
10.根据权利要求9所述的一种提高硅锭平均转换效率的铸锭炉，其特征在于，所述的八块石墨护板中每块石墨护板上均设置有溢流孔。
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