[发明专利]多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭炉技术领域，具体涉及一种用于多晶硅铸锭炉中的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉。 

技术背景

太阳能光伏发电是一种可持续的能源利用形式，绿色无污染、资源相对充足、不受地域限制、系统运行可靠等诸多优点使其受到越来越广泛的关注。多晶硅太阳能电池以其低成本、高转换效率及易于批量生产等诸多优点成为当前最重要的光伏产品之一。 

多晶硅太阳能电池中的多晶硅锭通常采用铸造方法制备，目前，多晶硅锭铸造方法多为定向凝固法。定向凝固法多晶硅晶体生长时，坩埚底部开始形核，晶粒沿竖直方向生长，凝固结束得到柱状晶粒，此时硅锭内部晶界平行于生长方向，对硅片转换效率影响较小。多晶硅定向凝固过程通常伴随着隔热笼上升或底部隔热板下移，利用热交换块实现坩埚底部散热，但是，在形核初期，坩埚底部边角区域散热较快，使得坩埚壁附近晶粒快速生长形成细晶区，晶界偏离生长方向，同时凝固界面凹向熔体，分凝效应使得杂质集中在硅锭内部，进一步降低硅片光电转换效率。另外，多晶硅锭冷却开始时，硅锭内部温度较高，坩埚侧壁散热过快使得近壁处硅锭径向温度梯度增大，导致此处热应力增加，使得高温下热应力引起的位错密度快速增长，不利于高质量多晶硅锭的生长。 

中国专利申请200820031102.X公开了一种具有石墨冷却块保温条的多晶硅铸锭炉热场结构，其包括保温隔热笼体、加热器、石墨冷却块和安装在石墨冷却块的底部四周的保温条，该结构可以使有效区域内微晶的含量降低，使生产出来的晶锭中微晶含量为0％，但是其不能抑制坩埚壁附近优先结晶，坩埚近壁处硅锭内部位错密度较大，故其还是存在上述缺陷。 

中国专利申请201310327283.6公开了一种多晶硅铸锭炉冷却快，其包括冷却块本体和坩埚，其中坩埚位于冷却块本体的顶面，冷却块本体顶面开有凹槽，坩埚覆盖在凹槽上，凹槽的中心轴线、坩埚的中心轴线和冷却块的中心轴线重合。 该方案中，通过设置正方形的凹槽利用空气和石墨的导热率的差异，实现对坩埚边角部位的适当保温，从而可以抑制坩埚壁附近晶粒的优先生长，获得较为平坦的固液界面，提供定向凝固多晶硅的质量。 

但是，该方案中由于凹槽设置在冷却块上，首先会影响坩埚的热交换效率，使得化料时间以及冷却时间都大大增加；其次，由于坩埚是覆盖在凹槽上的，使得对坩埚底部侧壁晶粒的快速生长的抑制以及冷却过程中坩埚侧壁处硅锭内部位错密度快速增长的抑制效果有限，硅锭质量不够高。 

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块及包括该隔热块的多晶硅铸锭炉，其不仅可以缩短化料时间，降低加热器功耗，而且还能有效抑制坩埚底部侧壁晶粒的快速生长，获得微凸和较为平直的凝固界面，同时还能够抑制冷却过程中坩埚侧壁处硅锭内部位错密度快速增长，进而提高硅锭质量。 

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于多晶硅铸锭炉的隔热块，设置在多晶硅铸锭炉的坩埚底部外周，用于坩埚加热或冷却多晶硅过程中的隔热保温，其特征在于，该隔热块为中空方形筒体结构，筒体筒壁为中空夹层结构，其中内壁用于包覆设置在坩埚底部的热交换块外周壁面，且该内壁与所述热交换块外周壁面具有间隙，所述外壁用于与设置在坩埚外围的竖直隔热板固定接触，所述坩埚中心线、热交换块中心线以及隔热块中心线重合，且所述隔热块顶部低于热交换块顶部。 

作为本发明的改进，所述隔热块顶部为平面，底部的内壁面呈内低外高的锥面，使得该隔热块内壁面的底部为内凹的锥形。 

作为本发明的改进，所述隔热块底板设置有可上下移动的底部隔热板，该底部隔热板与所述热交换块底部设有间隙，且该间隙与所述筒体筒壁中空层相通。 

按照本发明的另一方面，提供一种多晶硅铸锭炉，其具有上述的隔热块。 

本发明中，隔热块顶部内、外壁呈正方形，内部中空形成四个大小相同对称分布的长方体气体通道，气体通道顶部矩形最长边与内壁平行，大小与内壁边长相等，最短边长度为15～35mm，侧壁面DEN与竖直隔热板底部侧壁面DBN位于同一平面，防止气体通道堵塞，以带走多晶硅晶体生长过程中的热量和气体中的杂 质。 

本发明中，隔热块内壁面与外部面形成夹层为四棱台空腔，以避免热交换块底部辐射换热受阻。 

本发明中，隔热块置于竖直隔热板底边上，隔热块与热交换块之间优选留有5～10mm空隙，以释放热交换块和隔热块因受热不均匀引起的膨胀。