CN209468525U - 多晶硅铸锭热场结构、多晶硅铸锭炉和多晶硅锭 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多晶硅铸锭热场结构，包括坩埚、热交换台、护板、加热器和隔热笼，所述坩埚设于所述热交换台上，所述坩埚的***依次套设所述护板和所述加热器，所述坩埚、所述热交换台、所述护板和所述加热器均设于所述隔热笼内，所述坩埚截面形状为正N边形，N为10‑30的正整数。该多晶硅铸锭热场结构可以有效改善坩埚中角部的温度分布，避免热量不均匀致使对流不佳，大大提升制得的多晶硅块的质量。本实用新型还包括多晶硅铸锭炉和多晶硅锭。

Description

多晶硅铸锭热场结构、多晶硅铸锭炉和多晶硅锭

技术领域

本实用新型涉及多晶硅锭技术领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭热场结构、多晶硅铸锭炉和多晶硅锭。

背景技术

据统计，太阳电池产业是近几年发展最快的产业之一，并且在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高，技术成熟而继续保持领先地位。目前，晶体硅主要是通过现有多晶硅铸锭炉进行铸锭。

为保证取得硅块的数量最多，现有多晶硅铸锭炉采用方形结构，热场结构及加热器均为正方结构，所得硅锭即为方形。然而由于角部为垂直形状，硅液在角部对流产生死角，易产生杂质聚集，同时角部的升温降温控制更差，晶体生长更得不到有序控制，影响多晶硅块的质量。

因此，有必要开发一种能够有效制备高质量多晶硅的装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭热场结构、多晶硅铸锭炉和多晶硅锭；该多晶硅铸锭热场结构可以有效改善坩埚中角部的温度分布，避免热量不均匀致使对流不佳，大大提升制得的多晶硅的质量。

第一方面，本实用新型提供了一种多晶硅铸锭热场结构，包括坩埚、热交换台、护板、加热器和隔热笼，所述坩埚设于所述热交换台上，所述坩埚的***依次套设所述护板和所述加热器，所述坩埚、所述热交换台、所述护板和所述加热器均设于所述隔热笼内，所述坩埚截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。

可选地，所述护板的截面形状包括正N边形或圆形，其中，N为10-30的正整数，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。

可选地，所述加热器的截面形状为正N边形或圆形，其中，N为10-30的正整数。

可选地，所述加热器包括顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器设置在所述坩埚的顶部，所述侧部加热器设置在所述护板的***，所述侧部加热器的的外形呈圆柱形或正N棱柱形。

可选地，所述隔热笼由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成的热场腔室。

可选地，所述坩埚、所述护板和所述加热器的截面形状均为正N边形，N为10-30的正整数。

可选地，所述坩埚的侧壁和所述护板的侧壁相互平行，所述坩埚的侧壁和所述加热器的侧壁相互平行。

可选地，所述坩埚和所述加热器的截面形状均为正N边形，N为10-30的正整数，所述护板的截面形状为圆形。

可选地，所述顶部隔热板上设置有进气孔和出气孔。

可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。

可选地，所述多晶硅铸锭热场结构还包括用于遮盖所述坩埚的石墨盖板。

第二方面，本实用新型还提供了一种多晶硅铸锭炉，包括炉体，以及如本实用新型第一方面所述的多晶硅铸锭热场结构。

第三方面，本实用新型还提供了一种的多晶硅锭，所述多晶硅锭的截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。

可选地，所述多晶硅锭由本实用新型第一方面所述的多晶硅铸锭热场结构制备得到或由本实用新型第二方面所述的多晶硅铸锭炉制备得到。

本实用新型有有益效果：

(1)本实用新型所述多晶硅铸锭热场结构使用正N边形的坩埚(10≤N≤30)，配有护板和加热器，使整个热场的对称性更好，同一水平面热量分布更均匀易于控制，挤压应力更少，边角侧部形核长晶效果更好，形成少子寿命更高位错更低的晶体；同时，正N边形的结构坩埚侧壁连接更平滑，硅锭角部角度变更大，不易形成熔液和热量死角，可更好地促进边角处硅液对流，进而利于排杂，进一步降低硅晶体中杂质含量。

(2)本实用新型所述多晶硅铸锭炉，包括所述多晶硅铸锭热场结构和炉体，相比于传统的多晶硅铸锭炉，制得的多晶硅锭的质量更好，提高产品的良品率，大大较少生产成本。

(3)本实用新型所述多晶硅锭，相比于传统的正方形或八边形G7硅锭，所述多晶硅锭出现微晶、高位错、边缘杂质浓度高、少子寿命低等不良现象大大减少。

本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。

附图说明

为更清楚地阐述本实用新型的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

图1为本实用新型一实施方式提供的多晶硅铸锭热场结构100的结构示意图；

图2为本实用新型一实施方式提供的多晶硅铸锭热场内坩埚、护板和加热器的截面结构示意图；

图3为本实用新型另一实施方式提供的多晶硅铸锭热场结构内坩埚、护板和加热器的截面结构示意图；

图4为本实用新型另一实施方式提供的多晶硅铸锭热场结构内坩埚、护板和加热器的截面结构示意图；

图5为本实用新型一实施方式提供的多晶硅铸锭炉的结构示意图；

图6为本实用新型一实施方式提供的多晶硅锭的结构示意图。

具体实施方式

以下所述是本实用新型实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型实施例的保护范围。

如图1所示，为本实用新型提供的多晶硅铸锭热场结构100，包括坩埚10、热交换台20、护板30、加热器40和隔热笼50，所述坩埚10设于所述热交换台20上，所述坩埚10的***依次套设所述护板30和所述加热器40，所述坩埚10、所述热交换台20、所述护板30和所述加热器40均设于所述隔热笼50内，所述坩埚10的截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。

可选地，所述坩埚10包括底面和侧壁，所述侧壁包括N个相同的侧面，所述侧壁垂直于所述底面。本实施方式中，所述坩埚的截面形状可以但不限于为正十边形、正十二边形、正十六边形、正二十边形、正三十边形或其他多边形。可选地，所述坩埚可以为石英坩埚、石墨坩埚或陶瓷坩埚。可选地，所述坩埚还包括其他硬质材质的坩埚。可选地，所述坩埚表面还可以但不限于包括氮化硅层。本实用新型所述坩埚具有很好的对称性，且各侧壁之间的角度相等且大于90°，所述坩埚可以有效避免制备的多晶硅锭出现L型黑边特征缺陷

可选地，所述加热器40包括顶部加热器41和侧部加热器42，所述顶部加热器41设置在坩埚10的顶部，所述侧部加热器42设于所述护板30与所述隔热笼50之间的空隙中，所述侧部加热器42设置所述护板30的***。可选地，所述侧部加热器42的外形呈圆柱形或正N棱柱形，N为10-30的正整数。由于所述侧部加热器42设于所述护板30的***，因此，所述圆柱形或正N棱柱形均为空心的。可选地，所述正N棱柱形的加热器可以由N块相同的加热板拼接而成，所述每块所述加热板包括若干个U形加热电阻单元组成。可选地，所述圆柱形的加热器可以环形加热板组成。当通电之后，所述加热器可以围绕所述护板和坩埚进行加热。

可选地，热交换台20可以为DS板。例如，所述热交换台可以为DS块(DS-Block)。

本实施例中，护板20的截面形状包括正N边形或圆形，其中，N为10-30的正整数。当护板的截面形状为正N边形时，护板与坩埚的截面形状可以为边数一样的正N边形，所述护板紧贴着所述坩埚；所述加热器的截面形状包括正M边形或圆形，M为10-30的正整数，M不等于N。

可选地，所述坩埚、所述护板和所述加热器的截面形状均为正N边形，N为10-30的正整数。进一步地，可选地，所述坩埚的侧壁和所述护板的侧壁相互平行，所述坩埚的侧壁和所述加热器的侧壁相互平行。

可选地，所述坩埚和所述加热器的截面形状均为正N边形，N为10-30的正整数，所述护板的截面形状为圆形。

例如，坩埚10、护板20和加热器40的截面形状都为正十边形，所述坩埚10的侧壁和所述护板20的侧壁相互平行，所述坩埚10的侧壁和所述加热器40的侧壁相互平行，其中，护板20紧密贴靠于坩埚10，见图2。或者例如，坩埚10和护板20的截面形状都为正十边形，加热器40的截面形状为圆形，见图3。

可选地，当所述护板未紧贴着所述坩埚，护板为不同于坩埚的截面形状时，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。例如，坩埚10的截面形状为正十边形，护板20的截面形状为圆形，护板20与坩埚10之间的空隙填充有石墨软毡60，加热器40的截面形状也为正十边形，见图4。通过填充的石墨软毡可以有效使护板与坩埚之间相贴合匹配，在对称分布的加热器下，有效使坩埚的同一水平面热量分布更均匀，不易形成热量死角。

进一步地，可选地，所述坩埚10的截面形状为正N边形，N为10-100的正整数。例如，所述坩埚10的截面形状为正N边形，N为10，或为20，或为30，或为40，或为50，或为60，或为70，或为80，或为90，或为100。本实用新型中，当N逐渐增大时，所述坩埚10的正N边形的截面形状逐渐趋向为圆形。可选地，所述坩埚10的截面形状还可以为圆形，此时，所述护板的截面形状为正M边形，所述加热器的截面形状均为正N边形，M或N均为N为10-30的正整数。进一步地，可选地，所述坩埚10的截面形状为圆形，所述护板的截面形状为正M边形，所述加热器的截面形状均为正N边形，M或N均为N为10-30的正整数，且M不等于N。

可选地，所述隔热笼50由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成一密封的热场腔室，所述侧部隔热板的截面形状为正多边形或圆形，所述正多边形可以但不限于为N为10-30的正N边形。

可选地，所述顶部隔热板上设置有进气孔和出气孔。所述进气孔和出气孔有利于多晶硅锭的制备过程中对气压和惰性气体环境的要求。

可选地，所述多晶硅铸热场100还包括用于所述遮盖所述坩埚的石墨盖板。所述石墨盖板上可以但不限于设有导热孔或导气孔。所述顶部隔热板的进气孔和出气孔可依次穿过所述加热器和所述石墨盖板。

可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。本实用新型中，所述隔热笼具有良好的保温隔热的作用，可以极大地较少温度的散失，保证整个多晶硅铸锭热场结构温度的对称分布，且降低热场的功耗。

由于传统的多晶硅铸锭炉主要设置的多晶硅铸锭热场结构为正方形，虽然在切割硅锭时可以取得较多的数目，但传统多晶硅铸锭热场结构、坩埚等角部为垂直形状，坩埚中硅液在角部对流产生死角，易产生杂质聚集，同时角部的升温降温控制更差，晶体生长更得不到有序控制，影响多晶硅锭的质量。而近来改进的多晶硅铸锭热场结构，虽然一定程度的减少角部为垂直形状的情况，加大晶锭尺寸，有效利用炉型；但是仍存在多晶硅铸锭热场结构的加热器的各个侧面的辐射热量不均匀，存在局部辐射热量不足情况，对硅锭侧角位置热辐射量较低，容易造成晶锭出现微晶、高位错、边缘杂质浓度高、少子寿命低等不良现象。

本实用新型所采用正N边形(N≥10)的多晶硅铸锭热场结构，具有良好的整体对称性，同一水平面热量分布更均匀易于控制，挤压应力更少，边角侧部形核长晶效果更好，形成少子寿命更高位错更低的晶体；同时，此结构坩埚侧壁连接更平滑，硅锭角部角度变更大，不易形成熔液和热量死角，可更好地促进边角处硅液对流，进而利于排杂，进一步降低硅晶体中杂质含量。

本实用新型另一实施方式中，如图5所示，还提供了一种多晶硅铸锭炉200，包括炉体201和设置在炉体内的多晶硅铸锭热场结构，所述多晶硅铸锭热场结构包括坩埚10、热交换台20、护板30、加热器40和隔热笼50，所述坩埚10设于所述热交换台20上，所述坩埚10的***依次套设所述护板30和所述加热器40，所述坩埚10、所述热交换台20、所述护板30和所述加热器40均设于所述隔热笼50内，所述加热器包括顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器设置在所述坩埚的顶部，所述侧部加热器设于所述护板与所述隔热笼之间的空隙中，所述坩埚10包括正N边形的侧壁，N为10-30的正整数。可选地，所述顶部隔热板上设置有进气孔和出气孔。

可选地，所述多晶硅铸锭炉200还包括用于所述遮盖所述坩埚的石墨盖板。所述石墨盖板上设有导热孔和导气孔。

所述多晶硅铸锭炉200的热场结构的限定与本实用新型实施例多晶硅铸锭热场结构100的限定相近，此处不再过多限定。

本实用新型所述多晶硅铸锭炉，包括所述多晶硅铸锭热场结构和炉体，相比于传统的多晶硅铸锭炉，制得的多晶硅锭的质量更好，提高产品的良品率，大大较少生产成本。

本实用新型另一实施方式中，还提供了一种多晶硅锭，所述多晶硅锭的截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。例如，如图6所示，本实用新型提供的正十边形多晶硅锭。可选地，所述多晶硅锭还可以为正十二边形、正二十边形等。

可选地，所述多晶硅锭可以但不限于通过本实用新型实施例提供的多晶硅铸锭热场结构或多晶硅铸锭炉制备获得。

本实用新型中，正N边形(10≤N≤30)多晶硅锭可以提升液占比，降低热场空隙，减少热量散失及影响，提升热场均匀性。

需要说明的是，根据上述说明书的揭示和和阐述，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些等同修改和变更也应当在本实用新型的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，包括坩埚、热交换台、护板、加热器和隔热笼，所述坩埚设于所述热交换台上，所述坩埚的***依次套设所述护板和所述加热器，所述坩埚、所述热交换台、所述护板和所述加热器均设于所述隔热笼内，所述坩埚截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。

2.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述护板的截面形状包括正N边形或圆形，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。

3.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述加热器的截面形状为正N边形或圆形。

4.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述加热器包括顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器设置在所述坩埚的顶部，所述侧部加热器设置在所述护板的***，所述侧部加热器的外形呈圆柱形或正N棱柱形。

5.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述坩埚、所述护板和所述加热器的截面形状均为正N边形。

6.如权利要求5所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述坩埚的侧壁和所述护板的侧壁相互平行，所述坩埚的侧壁和所述加热器的侧壁相互平行。

7.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述坩埚和所述加热器的截面形状均为正N边形，所述护板的截面形状为圆形。

8.如权利要求1所述的多晶硅铸锭热场结构，其特征在于，所述多晶硅铸锭热场结构还包括用于遮盖所述坩埚的石墨盖板。

9.一种多晶硅铸锭炉，其特征在于，包括炉体，以及如权利要求1-8任意一项所述的多晶硅铸锭热场结构。

10.一种的多晶硅锭，其特征在于，所述多晶硅锭的截面形状为正N边形，N为10-30的正整数。