[实用新型]一种新型的气体导流控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的气体导流控制装置，属于太阳能光伏领域。

背景技术

在太阳能光伏领域，铸造多晶硅作为一种低成本材料，占据了目前50%以上的商业化晶体硅太阳能电池市场。但由于铸锭过程中加热器、隔热笼以及石墨护板等碳材料的使用，引入大量碳杂质。高温下，石墨部件与氧、石英坩埚等发生热化学反应                                                ，产生的CO气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而引入碳氧杂质。

常规铸锭中硅锭的氧浓度为1×10¹⁷/cm³～1×10¹⁸/cm³，主要以间隙态存在呈过饱和状态。由于铸锭工艺经历了从高温到低温的热处理过程，如果氧浓度过高就容易形成热施主或氧沉淀，成为复合中心或引入复合中心的二次缺陷，导致硅材料中少数载流子寿命降低，直接影响到太阳电池的光电转换效率。此外氧与硼原子作用形成的B-O对，也会导致太阳电池效率的降低；碳浓度可达1×10¹⁷/cm³，甚至超过碳在硅中的固溶度（4×10¹⁷/cm³）。碳杂质可以作为氧沉淀的形成核心产生原生氧沉淀，而高浓度的碳可在硅熔体中形成SiC颗粒，影响硅锭的有效利用率。因此制备低碳低氧含量铸造多晶硅锭对于多晶硅太阳电池实现低成本高效率具有重要的意义。现有的铸锭过程中，为了防止热场中碳材料在高温下产生的杂质进入石英坩埚，在坩埚顶部加盖一个碳/碳复合材料盖板，盖板略大于坩埚，固定于坩埚四周的石墨护板上，盖板中间设有圆孔，使得从石墨管道流入的惰性气体氩气可导入至碳/碳盖板下，从而带走热场中的CO等杂质气体，使得硅料尽可能不受到热场挥发物污染。

如图1所示，现有技术在产业化生产过程中的产能虽然较大，但是所得多晶硅铸锭中碳氧含量偏高，主要原因如下：由于石墨护板与石英坩埚直接接触，在高温条件下，石墨护板与石英坩埚发生反应同时硅熔体表面也会有SiO气体挥发，挥发的气体会对盖板产生侵蚀作用，在铸锭过程中产生的CO、CO₂以及SiO等气体，长期停留在硅熔体表面附近，进而熔入硅熔体当中。现有技术条件下，由于仅通过石墨套筒将保护气体通入盖板下方，气流场不可控，且铸锭中由于盖板到熔硅表面的距离不可调，易在熔硅表面产生涡流，导致铸锭过程中产生的CO、CO₂以及SiO等气体在硅熔体表面的长期滞留，从而使气体熔入到硅熔体中的几率大大增加，熔硅中的氧碳杂质含量增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种新型的气体导流控制装置，该气体导流控制装置使得氩气流向可有效控制，可有效控制气流场方向，有效地以最快地速度将铸锭过程中产生的CO、CO₂及SiO等气体迅速带走，且由于分流管和导气孔的特殊设计，可使保护气体更有效的在熔硅上方形成一层惰性气体保护层，阻止了挥发气体和盖板的反应；且由于盖板可上下调节，避免在硅熔体表面形成涡流，可大大降低杂质气体与硅熔体表面的接触几率，从而明显降低铸造多晶硅中碳氧含量。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种新型的气体导流控制装置，包括石英坩埚以及设置在石英坩埚上的盖板，所述盖板连接有石墨套管，且石墨套管的底端穿透盖板，所述石墨套管的底端连接有气体控制器。

所述气体控制器包括集气盒以及均匀分布于集气盒四周的分流管，分流管一端与集气盒连通，所述分流管上均设置有若干导气孔。

所述导气孔越远离集气盒端分布越密集，且分流管的远离集气盒一端的尺寸小于靠近集气盒一端的尺寸。进一步说明，靠近集气盒处的导气孔分布较边缘处稍稀疏，或分流管靠近集气盒一端直径较边缘处稍大。

进一步地集气盒为圆柱体或长方体。

所述集气盒和盖板之间通过钼钉固定。

所述集气盒和分流管均由高纯金属钼制成。

所述盖板的尺寸小于石英坩埚的尺寸，且盖板能在石英坩埚内移动。

所述石英坩埚的外壁上设置有石墨护板。

综上所述，本实用新型的有益效果是：