[实用新型]一种节能型多晶硅铸锭炉的热场结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅鋳锭炉热场结构的设计与开发领域，具体是一种投料为450Kg级的节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构。

背景技术

能源与环境是当今世界的两大焦点问题。传统能源的大幅利用，使得环境问题日趋严重，对人类社会的正常运行构成严重的威胁。有效利用清洁、环境友好的新能源是社会历史的必然选择。太阳能是人类取之不尽、用之不竭、环境友好的绿色可再生能源。在太阳能的有效利用当中，光电利用是近年来发展最快、最具活力的研究领域。其中，硅材料是光电利用的主要载体，硅晶体的制备是光伏电池的基础。

多晶硅铸锭炉是一种集熔化与再结晶一体的设备，用于低成本生产太阳能级多晶硅铸锭。生产中，将一定配比的多晶硅料装入石英坩埚，投入炉中，通过加热、熔化、定向长晶、退火、冷却等工艺，生产出满足要求的多晶晶锭。在这一系列工艺过程中，都要求装料的石英坩埚处于上千摄氏度的高温环境中，为了减少热量损失、降低能耗及提供合理的温度分布，我们必需要通过保温材料和支撑部件构建一个合理的高温环境。这种包含保温材料和支撑部件的整体称之为热场。合理的热场结构不仅可以降低多晶晶锭的生产能耗，也能够提供合理的热场分布，即合理的温度梯度，以生产出高品质的多晶硅晶体。

结晶界面的形状是影响多晶硅晶体品质的主要因素之一，平坦的长晶界面不仅可以得到有效直径较大的柱状晶，也可以减少晶界、降低晶体中的位错密度，从而提高电池片的性能。而现有的多晶硅铸锭炉由于结构设计上的缺陷，在长晶过程中，其结晶界面难以达到上述要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种设计合理，能有效提高多晶硅晶锭品质的节能型多晶硅铸锭炉的热场结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构，包括上炉体和下炉体，上炉体内设置有带吊杆的隔热笼和上保温板，下炉体内设置有由支柱支撑的下保温板，同时支柱并支撑隔热笼内的工作台，工作台上放置坩埚，坩埚上设置有盖板，盖板上方具有连接于上保温板上的顶加热器，坩埚具有紧贴的内外两层，内层为石英坩埚，外层为石墨坩埚，石墨坩埚周围具有连接于上保温板上的侧加热器，工作台与隔热笼之间间隔均匀设置有热场分割条，热场分割条通过挂钩器固定于石墨坩埚的侧壁上。

所述的工作台四周设置有保温条，以减少工作台四周的散热，维持水平的温度梯度。

所述的下炉体内底部设置有保护毡，保护下炉体内壁。

本实用新型的有益效果是：隔热笼能够有效维持内部的高温环境，减少热量散失；热场分割条的设置使得热场分为上部高温区和下部低温区，有效减少了高温区的体积，降低了能耗；结合工作台四周保温条的设置，使得隔热笼内能够保持一个均匀稳定且垂直的温度梯度；整个长晶过程均可以维持较为平坦的结晶界面，且能耗可降低近20％。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型整体结构剖视图；

图2是本实用新型使用状态时的结构剖视图。

其中：1.吊杆，2.上炉体，3.隔热笼，4.石英坩埚，5.热场分割条，6.下炉体，7.保护毡，8.支柱，9.下保温板，10.工作台，11.保温条，12.硅料，13.侧加热器，14.连接板，15.石墨坩埚，17.盖板，18.上保温板，19.顶加热器。

具体实施方式

如图1、2所示，一种节能型多晶硅鋳锭炉的热场结构，包括上炉体2和下炉体6，上炉体2内设置有带吊杆1的隔热笼3和上保温板18，下炉体6内设置有由支柱8支撑的下保温板9，同时支柱8并支撑隔热笼3内的工作台10，工作台10上放置坩埚，坩埚上设置有盖板17，盖板17上方具有连接于上保温板18上的顶加热器19，坩埚具有紧贴的内外两层，内层为石英坩埚4，外层为石墨坩埚15，石墨坩埚15周围具有连接于上保温板18上的侧加热器13，工作台10与隔热笼3之间间隔均匀设置有热场分割条5，热场分割条5通过挂钩器14固定于石墨坩埚15的侧壁上，工作台10四周设置有保温条11，下炉体6内底部设置有保护毡7。

下面结合多晶硅的生产工艺对本实用新型作进一步介绍：

石英坩埚4装满硅料12后，放置于工作台10之上，下炉体6升起与上炉体2完全闭合。隔热笼3下降与下保温板9闭合。将炉腔内抽真空，达到工艺要求的真空度时，侧加热器13和顶加热器19开始工作，由于隔热笼3的保温作用，可以将隔热笼3内的温度升高到1400多摄氏度的高温，使得几百公斤的硅料12的在十多个小时即可完全熔化。按照工艺要求，保温一定时间，使得硅料12中的杂质充分挥发，成分趋于均匀。进入长晶工艺阶段后，按照工艺设定缓缓升起隔热笼3。由于隔热笼3保温材料的作用，隔热笼3内部和外部有很大的温差，升起隔热笼3后，工作台10的底部与下炉体6在辐射换热的作用下迅速降温，使得石英坩埚4的底部因温度降低而首先结晶。同时，由于石墨坩埚15四周热场分割条5的布置，使得隔热笼3上部空间，在侧加热器13和顶加热器19的加热作用下，仍然以较低的功耗维持一个工艺要求所需要的高温环境。同时，工作台10下部的空间，由于散热作用，温度较低，这样，通过控制加热和隔热笼3的提升幅度，使得硅的结晶界面形成一个垂直的温度梯度场，维持较为平坦的结晶界面，生产出高品质的多晶硅锭。