[发明专利]一种多晶硅铸锭炉及其坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅技术领域，特别是涉及一种多晶硅铸锭炉。此外，本发明还涉及一种用于上述多晶硅铸锭炉的坩埚。

背景技术

在多晶硅电池片的制作过程中，铸造多晶硅锭是一道重要的工艺，多晶硅铸锭的质量将直接影响太阳能电池的转换效率和质量。

铸造多晶硅锭大致可以分为三个工序：喷涂-装料-铸锭。其中，喷涂工序用到的材料为氮化硅溶液和坩埚，坩埚通常用高纯的二氧化硅制成；氮化硅溶液用来喷涂到坩埚内壁上，其作用是将硅溶液和坩埚隔离，防止两者结合发生反应，造成粘锅现象。装料工序是将散碎的硅料按要求摆放在喷涂好氮化硅溶液的坩埚内。铸锭工序是将装好硅料的坩埚装入铸锭炉后，经过炉腔抽空、加热、熔化、长晶、退火、冷却后，完成硅锭的铸造。铸锭工序的每一阶段的热量提供均是由多晶硅铸锭炉提供的。

请参考图1、图2和图3；图1为现有技术中坩埚的结构示意图；图2为现有技术中多晶硅铸锭炉在硅料熔化时的结构示意图；图3为现有技术中多晶硅铸锭炉在长晶阶段的结构示意图。

从图中可以看出，多晶硅铸锭炉内设有顶部加热器101和侧面加热器102，顶部加热器101和侧面加热器102设为一体，通过顶部铜电极103与炉体固定，并且在炉体内设有测温装置，顶部加热器101和侧面加热器102提供热量，测温装置将温度反馈给可编程控制器，可编程控制器再将数据与多晶硅铸锭炉预先设定的程序进行对比，通过PID控制对加热器的控制来实现多晶硅铸锭的整个过程。在多晶硅锭铸造的整个过程中，顶部加热器101和侧面加热器102是通过热辐射的方式给坩埚200内的外侧硅料加热，而坩埚200内的中部硅料的升温则完全通过外侧硅料的热量传递来完成。

上述多晶硅铸锭炉在硅锭的铸造过程中存在以下问题：

其一，由于顶部加热器101和侧面加热器102通过热辐射的方式加热位于坩埚200内的外侧硅料，无法对坩埚200内的中部硅料进行加热，所以坩埚200内的中部硅料的升温完全通过坩埚200内外侧硅料的热量传递来实现，而坩埚200内的外侧硅料和中部硅料的温差很大，要使坩埚200内硅料的温度达到均匀所需的时间就很长，从而浪费电能。

其二，在长晶过程中，由于硅料内外侧温差大，熔化的硅料会因为温差出现环形流动，温差越大，环形流动越大，长晶时会造成对晶粒的破坏，影响硅锭质量。

有鉴于此，如何对现有技术中的多晶硅铸锭炉做出改进，以提高多晶硅铸锭的质量，并降低能耗，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅铸锭炉，该多晶硅铸锭炉能够提高多晶硅铸锭的质量，并且能够降低能耗。本发明的另一目的是提供一种用于上述多晶硅铸锭炉的坩埚。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多晶硅铸锭炉，包括设于炉腔内的顶部加热器和侧面加热器，还包括设于炉腔内的中心加热器，以便对坩埚内的中部硅料进行加热。

优选地，所述中心加热器通过电极头和中心铜电极固定在上炉体上，所述电极头的下端与所述中心加热器固接，且其上端穿过顶部隔热层并与所述中心铜电极的下端固接；所述中心铜电极固装在所述上炉体上，且其上端连接电缆；所述中心加热器的内壁设有测温计，用于将中部温区的温度反馈至可编程控制器；所述可编程控制器用于控制中心加热器的加热时间。

优选地，所述电缆和所述中心铜电极的中心部分通纯水。

优选地，所述中心铜电极和所述电极头通过螺纹连接。

优选地，所述电极头通过石墨螺杆和石墨螺母与所述中心加热器固定连接。

优选地，所述电极头与所述顶部隔热层之间设有陶瓷垫片。

优选地，所述中心铜电极和所述上炉体之间设有绝缘层。

优选地，所述中心加热器具有中空圆柱形结构。

相对上述背景技术，本发明所提供的多晶硅铸锭炉包括设于炉腔内的顶部加热器和侧面加热器，还包括设于炉腔内的中心加热器，用于对坩埚内的中部硅料进行加热。由于在多晶硅铸锭炉的炉腔中部安装有中心加热器，在顶部加热器和侧面加热器加热的同时，中心加热器也同时加热，可以快速提高坩埚内硅料的温度，同时缩短了坩埚内外侧硅料到中部硅料热传递的距离，减少了热传递时间，避免了因加热时间过长造成的能量损失。此外，由于设置了中心加热器，还可以减小坩埚内中部硅料和外侧硅料的温度差，避免了由于温度差导致的硅溶液内部的环形流动，保证了晶粒在生长过程中的连续性，从而提高了晶体质量，进而提高了多晶硅铸锭的质量。