[发明专利]一种铸锭炉的加热器

说明书

技术领域

本发明属于铸锭炉的设计制造技术领域，具体涉及一种铸锭炉的加热器。

背景技术

太阳能光伏发电是可持续能源利用的形式之一，近年来在各国都得到了迅速的发展。目前，应用最为普遍的是晶体硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要由单晶硅片或多晶硅片制成。世界光伏产业中多晶硅片以产能高、能耗低、成本低占据太阳能电池的主导地位，铸锭炉正是生产多晶硅硅锭的核心制造设备。

中国专利申请CN101775641A公开了一种多晶硅铸锭炉的结构，其包括炉室、置于炉室内的坩埚、用于对坩埚加热的顶部加热器和侧部加热器、以及位于坩埚底部的热交换台，其中，顶部加热器和侧部加热器固定于电极上，炉室内设有侧面包围式的隔热笼，坩埚、顶部加热器、侧部加热器以及热交换台均置于隔热笼中，隔热笼的上端与提升装置相连；隔热笼上下分别设置有顶部保温板和下保温层，其中，顶部保温板固定悬挂于电极上，下保温层及热交换台均固定于支撑柱上，顶部保温板与隔热笼上端活动相接，下保温层与隔热笼下端活动相接；一个环形的随动隔热环通过数个连接装置固定隔热笼内部。在这种多晶硅铸锭炉中，其通过顶部加热器和侧部加热器对坩埚进行加热，然而，由于侧部加热器本身并没有额外的设计，故在长晶阶段时梯度热场的实现主要还是靠隔热笼的提升，因此，加热器本身对实现梯度热场的贡献不大。另外，随着热场的不断加高，原来仅通过提升隔热笼以实现长晶时期的温度梯度变得越来越困难，尤其随着硅锭高度的加大，导致长晶后期长晶速度越来越慢，甚至达到温度平衡而无法长晶。

另外，现有技术中的用于铸锭炉的电阻加热器大多数都是石墨加热器，为了降低能耗、提高产能以及降低成本的目的，多晶硅铸锭炉容积、热场高度及热场宽度均被设计得越来越大，这导致原有石墨加热器的体积也越来越大。然而，由于大型石墨加热器既难以加工又较为笨重，故寻找一种新型材料以加工制成加热器也是目前急需解决的技术问题。

近来，铸锭类单晶硅的生产也是太阳能行业发展的又一主要方向。铸锭类单晶硅的生产主要是通过以下方法：装料时在石英坩埚底部铺一层5～40mm单晶籽晶后再装填多晶硅原料，在熔化过程中保护底部籽晶不完全熔化，然后在未熔化籽晶的基础上进行单晶硅生长；该方法的主要困难在于熔化过程中保护籽晶不完全熔化，然而，以现有的铸锭炉生产时，在隔热笼关闭且原料处于熔化过程中时，热场内的温度分布较为均匀，无法较好地保护籽晶。另外，仅通过提升隔热笼的方式很难得到平坦的等温面，实践中多为凹固液界面，而这会导致准单晶区域逐渐变小。

发明内容

针对用于铸锭炉的石墨加热器的以上不足，本发明提出一种加热器。

本发明的其中一个目的是通过改进侧部加热器本身使其具有电阻梯度以在通电时获得热梯度。

本发明的另一个目的是在熔化阶段可以获得更好的热场的纵向梯度从而保护籽晶，同时，在长晶阶段不仅可以获得更好的热场的纵向梯度以便于定向凝固而且能得到平坦的等温面避免凹固液界面的出现。

本发明的其中一个目的是不仅可以在靠近坩埚的侧面即在纵向上获得热场梯度而且可以靠近坩埚的底面即在横向上获得热场梯度，这是通过在坩埚的侧面和底面分别设有本发明的侧部加热器和底部加热器，其中底部加热器和侧部加热器的原理相同。

本发明的另一个目的是将加热器的热产生本体部的材料由碳-碳复合材料制得，这样，加热器整体重量较轻，便于加工和安装，而且更节省空间。

另外，本发明的一个目的是将加热器用于多晶硅或类单晶硅的生产。

具体地，本发明提出了一种铸锭炉的加热器，其具有第一电极、第二电极和位于第一电极和第二电极之间的热产生本体部，其中，热产生本体部与第一电极和第二电极分别电连接；第一电极和第二电极用于直接或间接地连接于电源以使在第一电极和第二电极之间的热产生本体部中形成电流；热产生本体部沿纵向和/或径向延伸以至少部分地包围坩埚的侧部和/或端部，其中，热产生本体部用于沿纵向和/或径向形成温度递变的热场。具体地，热产生本体部由电阻材料形成。

在一种选择性的实施方式中，热产生本体部由电阻率大体相同的材料制成，其截面的截面积在纵向和/或径向是递变的。优选地，热产生本体部的截面为梯形。具体地，梯形的两平行边为上宽下窄，换言之，在纵向上，从上到下，截面积逐渐变小，这样，电阻从上到下却逐渐变大。在径向上，从外到内，截面积逐渐变小，这样，电阻从外到内逐渐变大。