CN203866402U - 多晶硅铸锭节能热场结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种铸锭热场，尤其是一种多晶硅铸锭节能热场结构，包括：所述热场结构从外向内依次包括保温层、加热层、热交换台、坩埚，所述的保温层为方形结构，分为顶保温层、侧保温层、下保温层，所述的顶保温层通过螺栓与侧保温层固定连接，侧保温层下部设有定位挡块，所述的下保温层两侧与定位挡块相接，保温层由外保温毡、内保温毡、隔热层复合而成；所述加热层为倒“凹形”结构，其分为顶加热层、侧加热层，所述的加热层由加热器构成；热交换台设于加热层下方，所述热交换台底部设有支撑柱，所述的下保温层固定于支撑柱上，所述的坩埚设于热交换台上，所述坩埚为“凹”形，坩埚四周设有护板。本实用新型结构简单，有益效果明显，适于产业化生产。

Description

多晶硅铸锭节能热场结构

技术领域

本实用新型涉及光伏行业，尤其是一种多晶硅铸锭节能热场结构。 

背景技术

化石能源逐渐枯竭，环境日益恶化的今天，太阳能发电成为人类未来替代能源的希望。晶体硅太阳电池凭借其高效率和高稳定性是最有优势的一种太阳能发电装置，其中多晶硅电池以较高的性价比，成为当前市场上占据60%以上的份额。多晶铸锭生产过程中，能耗成本占加工成本的25%—35%，是多晶加工成本的主要影响因素。 

目前多晶铸锭热场主要隔热材料采用碳毡，目前所有铸锭炉热场碳毡均采用双层结构，基本能满足铸锭热场的基本要求，且密度比较小，碳毡作为保温层，厚度在10—50mm不等，在炉体空间有限的情况下，很难通过加大保温层的厚度来实现节能的目的，同时考虑到碳毡价格昂贵，导热系数和无机复合材料比相对偏高，导致多晶硅铸锭热场存在隔热效果欠佳，经济效益不高的问题。 

实用新型内容

发明目的：针对上述现有技术所存在的问题和不足，本实用新型提供一种有效降低能耗、提高电池效率的多晶硅铸锭节能热场结构。 

技术方案：本发明所述的一种多晶硅铸锭节能热场结构，所述热场结构从外向内依次包括保温层、加热层、热交换台、坩埚，所述的保温层为方形结构，分为上保温层、侧保温层、下保温层，所述的顶保温层通过螺栓与侧保温层固定连接，侧保温层下部设有定位挡块，所述的下保温层两侧与定位挡块相接，所述的保温层由外保温毡、内保温毡复合而成，所述的外保温毡、内保温毡之间设有隔热层；所述的加热层为倒“凹形”结构，其分为顶加热层、侧加热层，所述的加热层由加热器构成；热交换台设于加热层下方，所述热交换台底部设有支撑柱，所述的下保温层固定于支撑柱上，所述的坩埚设于热交换台上，所述坩埚为“凹”形，坩埚四周设有护板。 

所述的定位挡块设于侧保温层底部，由侧保温层底部向上延伸，当下保温层随支撑架向上移动至定位挡块时，定位挡块抵住下保温层的两侧边，使热场保温层内实现密封状态，提高保温效果及更充分地利用热能。 

为了提高隔热层的适用性，所述的隔热层为硅酸盐系隔热板或氧化铝系涂料层中的任一层；其中硅酸盐系的隔热板通过螺栓与外保温毡、内保温毡相复合；氧化铝系涂料层通过涂抹于外保温毡与内保温毡之间，使外保温毡、氧化铝涂料层、内保温毡依次复合。 

进一步的所述的硅酸盐系隔热板厚度为3-10mm，当硅酸盐系隔热板的在上述区间时，其隔热效果及经济效益达到最佳。 

进一步的所述的氧化铝系涂料层厚度为1-6mm，当氧化铝系涂料层厚度在上述区间时，其隔热效果及经济效益达到最佳。 

工作原理：本实用新型通过将装满硅料的坩埚放置于热交换台上，支撑柱推动坩埚上升，设于支撑柱上的下保温层随之上升，待下保温层与定位挡块相抵时，支撑柱不再上升，所述的保温层呈闭合状态，通过侧加热层对石英坩埚内的硅料进行加热，所述的保温层保证加热层产生的热量不向外发散，提高加热效率。待硅料完全融化后，硅液由底到顶逐渐向上凝固，热量以辐射的方式从热交换台散出，所述的支撑柱缓慢下降，由于保温层保温效果好，保温层内的温度变化不是很大，支撑柱缓慢下降能够有效减少加热层对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷生成，使晶体生长中后期温度梯度恒定，保持了晶体生长的连续性，减少晶体缺陷。所述的多晶硅铸锭节能热场结构，通过保温层的改进，使整个温度场温度更加均匀，绝大部分热量损失可以按照设计需求从底部散出，有效的降低能耗20%—30%，同时获得晶粒体积较小，大小均匀，边界圆润的硅锭，节约能耗的同时有效提高产品质量。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型提供的多晶硅铸锭节能热场结构与现有技术相比，具有以下优点： 

1.                 降低能耗：本实用新型通过改进保温层结构，在内、外保温毡之间增加隔热层，有效提高保温层的保温效果，使铸锭阶段能耗降低20%-30%；

2.                 硅片晶体质量更高：本实用新型通过保温层结构，使保温层内的温度变化趋向平缓，有效减少加热层对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷生成，提高少子寿命，是晶体硅电池效率提高0.1%-0.2%；

本实用新型结构简单，有益效果明显，适于产业化生产。

附图说明

图1是多晶硅铸锭节能热场结构的示意图； 

图2是保温层结构示意图；

其中：1-保温层、2-加热层、3-热交换台、4-坩埚、5-支撑柱、11-上保温层、12-侧保温层、13-下保温层、14-定位挡块、21-顶加热层、22-侧加热层、111-外保温毡、112-内保温毡、113-隔热层。

具体实施方式

现结合说明书附图对本实用新型做详细说明： 

如图1、图2所示，一种多晶硅铸锭节能热场结构，所述热场结构从外向内依次包括保温层1、加热层2、热交换台3、坩埚4，所述的保温层1为方形结构，分为上保温层11、侧保温层12、下保温层13，所述的顶保温层1通过螺栓与侧保温层12固定连接，侧保温层12下部设有定位挡块14，所述定位挡块14设于侧保温层12底部，由侧保温层12底部向上延伸，所述的下保温层13两侧与定位挡块14相接，所述的保温层1由外保温毡111、内保温毡112复合而成，所述的外保温毡111、内保温毡112之间设有隔热层；所述的加热层2为倒“凹形”结构，其分为顶加热层21、侧加热层22，所述的加热层2由加热器构成；热交换台3设于加热层2下方，所述热交换台3底部设有支撑柱5，所述的下保温层13固定于支撑柱5上，所述的坩埚4设于热交换台3上，所述坩埚4为“凹”形，坩埚4四周设有护板；所述的隔热层为硅酸盐系隔热层113或氧化铝系涂料层中的任一层；其中硅酸盐系的隔热层113通过螺栓与外保温毡111、内保温毡112相复合；氧化铝系涂料层通过涂抹于外保温毡111与内保温毡112之间，使外保温毡111、氧化铝涂料层、内保温毡112依次复合，进一步的所述的硅酸盐系隔热层113厚度为3-10mm，进一步的所述的氧化铝系涂料层厚度为1-6mm。

实施例1 

采用相同的配料，相同的炉型，相同的工艺铸锭对改进的结构和传统结构对象对比。

本实用新型提供的多晶硅铸锭节能热场结构，将装满硅料的坩埚4放置于热交换台3上，支撑柱5推动坩埚4上升，设于支撑柱5上的下保温层13随之上升，待下保温层13与定位挡块14相抵时，支撑柱5不再上升，所述的保温层1呈闭合状态，所述的保温层1包括硅酸盐系的隔热层113通过螺栓与外保温毡111、内保温毡112相复合，其中隔热层113的厚度为6mm，通过加热层2对石英坩埚4内的硅料进行加热，所述的保温层1保证加热层2产生的热量不向外发散，提高加热效率。待硅料完全融化后，硅液由底到顶逐渐向上凝固，热量以辐射的方式从热交换台3散出，所述的支撑柱5缓慢下降，由于保温层1保温效果好，保温层1内的温度变化不是很大，支撑柱5缓慢下降能够有效减少加热层2对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷生成，使晶体生长中后期温度梯度恒定，保持了晶体生长的连续性，减少晶体缺陷。所述的多晶硅铸锭节能热场结构，通过保温层1的改进，使整个温度场温度更加均匀，有效的降低能耗30%，同时获得晶粒体积较小，大小均匀，边界圆润的硅锭，节约能耗的同时有效提高产品质量。 

如表1所示： 

传统热场和有新型保温材料隔板的热场。对比结果如下：

	传统热场	多晶硅铸锭节能热场
			能耗KW/KG	7.2	5.3
平均少子寿命/us	5.9	6.3
			平均电池转换效率	17.7%	18.1%

通过对比，有保温隔板热场直接节能26.3%。有形核剂部分较无形核剂部分，硅锭晶粒更小更均匀，硅锭少子寿命高0.4us，缺陷密度更低，电池效率提高0.3%。

实施2 

采用相同的配料，相同的炉型，相同的工艺铸锭对改进的结构和传统结构对象对比。

本实用新型提供的多晶硅铸锭节能热场结构，将装满硅料的坩埚4放置于热交换台3上，支撑柱5推动坩埚4上升，设于支撑柱5上的下保温层13随之上升，待下保温层13与定位挡块14相抵时，支撑柱5不再上升，所述的保温层1呈闭合状态，将氧化铝系涂料层高温加热后与溶剂均匀调配，涂抹于外保温毡111内侧，涂抹厚度为3mm,将氧化铝系涂料层烘干后与内保温毡112外侧相复合，形成保温层1；通过加热层2对石英坩埚4内的硅料进行加热，所述的保温层1保证加热层2产生的热量不向外发散，提高加热效率。待硅料完全融化后，硅液由底到顶逐渐向上凝固，热量以辐射的方式从热交换台3散出，所述的支撑柱5缓慢下降，由于保温层1保温效果好，保温层1内的温度变化不是很大，支撑柱5缓慢下降能够有效减少加热层2对晶体生长界面的热冲击，使晶体生长稳定，抑制晶体缺陷生成，使晶体生长中后期温度梯度恒定，保持了晶体生长的连续性，减少晶体缺陷。所述的多晶硅铸锭节能热场结构，通过保温层1的改进，使整个温度场温度更加均匀，有效的降低能耗20%—30%，同时获得晶粒体积较小，大小均匀，边界圆润的硅锭，节约能耗的同时有效提高产品质量。 

如表2所示： 

传统热场和多晶硅铸锭节能热场。对比结果如下：

	传统热场	有保温隔板热场
			能耗KW/KG	7.2	5.6
平均少子寿命/us	5.8	6.1
			平均电池转换效率	17.7%	17.9%

通过对比，有保温隔板热场直接节能26.3%。有形核剂部分较无形核剂部分，硅锭晶粒更小更均匀，硅锭少子寿命高0.3us，缺陷密度更低，电池效率提高0.2%。

Claims (5)

1.一种多晶硅铸锭节能热场结构，其特征在于：所述热场结构从外向内依次包括保温层（1）、加热层（2）、热交换台（3）、坩埚（4），所述的保温层（1）为方形结构，分为顶保温层（11）、侧保温层（12）、下保温层（13），所述的顶保温层（11）通过螺栓与侧保温层（12）固定连接，侧保温层（12）下部设有定位挡块（14），所述的下保温层（13）两侧与定位挡块（14）相接，所述的保温层（1）由外保温毡（111）、内保温毡（112）复合而成，所述的外保温毡（111）、内保温毡（112）之间设有隔热层（113）；所述的加热层（2）为倒“凹形”结构，其分为顶加热层（21）、侧加热层（22），所述的加热层（2）由加热器构成；热交换台（3）设于加热层（2）下方，所述热交换台（3）底部设有支撑柱（5），所述的下保温层（13）固定于支撑柱（5）上，所述的坩埚（4）设于热交换台（3）上，所述坩埚（4）为“凹”形，坩埚（4）四周设有护板。

2.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭节能热场结构，其特征在于：所述的定位挡块（14）设于侧保温层（12）底部，由侧保温层（12）底部向上延伸。

3.根据权利要求1所述的多晶硅铸锭节能热场结构，其特征在于：所述的隔热层（113）为硅酸盐系隔热板或氧化铝系涂料层；其中硅酸盐系的隔热板通过螺栓与外保温毡（111）、内保温毡（112）相复合；氧化铝系涂料层通过涂抹于外保温毡（111）与内保温毡（112）之间，使外保温毡（111）、氧化铝涂料层、内保温毡（112）依次复合。

4.根据权利要求3所述的多晶硅铸锭节能热场结构，其特征在于：所述的硅酸盐系隔热板厚度为3-10mm。

5.根据权利要求3所述的多晶硅铸锭节能热场结构，其特征在于：所述的氧化铝系涂料层厚度为1-6mm。