[实用新型]具有改进气路的定向凝固炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及例如太阳能用单晶硅锭或者多晶硅锭的生产设备，尤其是涉及一种具有改进气路的定向凝固炉。

背景技术

碳杂质在硅晶体中会严重恶化硅晶体的电学性能，比如少子寿命，从而恶化晶体硅太阳能电池片的转换效率。因此硅晶体中碳含量越低越好，一般要求碳含量在0.5ppm以下。

现有的硅原料表面总是或多或少地有碳沾污，比如有机物沾污，硅原料块内部有碳的沾污，盛装硅给料的石英坩埚内表面和外表面也含有大量的碳沾污，石英坩埚与石墨材质的坩埚保持器在高温下反应会形成一氧化碳气体。因此在多晶给料的熔化和定向凝固过程中，为了提高多晶或者单晶硅锭的质量，需要不间断地向石英坩埚中通入惰性气体，比如高纯氩气，以带走含碳气体，比如一氧化碳等，防止含碳气体滞留在硅熔体表面造成多晶或者单晶硅锭质量因碳含量高而严重下降。另外，惰性气体还将带走大量的一氧化硅等挥发物，确保熔体内部和表面具有很高的纯度，以保证单晶或者多晶硅锭的高质量。

由此需要在多晶或者单晶硅锭的整个制造的过程中，不断地向熔融的多晶给料表面吹入惰性气体，并将含碳气体以及其它挥发物带离熔体表面，最终被真空泵抽走。是否能通过气路将惰性气体准确地引入到熔体表面之上，对于多晶锭的质量有显著的影响。

在现有的制造多晶硅或者单晶硅锭的定向凝固设备或者系统中，无论多晶或者单晶硅的定向凝固过程，定向凝固炉内温度都非常高，不易实现炉内气路的移动，所以现有的定向凝固炉的气路都是固定的，在定向凝固的工艺过程中，气路也保持不动。现有定向凝固设备的气体管路的终端即气嘴位于石英坩埚之上所设置的盖板的上方。给料熔化和定向凝固过程中，惰性气体通过盖板中心的开孔流向熔体表面。

在装料完成后，下炉体需要向上运动，与上炉体相配合以形成封闭的炉体空间，此时，下炉体上放置的石英坩埚以及石英坩埚上设置的盖板均向上运动。为了避免运动过程中气体管路的气嘴与盖板接触，破坏气体管路或者盖板，气嘴和盖板之间就需要预留一定的空隙。为了安全起见，即便盖板向上运动到位之后，该空隙的高度也会有数厘米或者更多。该空隙将造成大量的惰性气体不能有效地穿过盖板中心的开孔达到熔体表面，从而不能有效地带走含碳气体等挥发物，进而恶化晶锭质量。

如果增加多晶给料的供给量，装料时盖板就需要上移，而硅料熔化完成后盖板需要下移，此时就出现盖板需要发生运动而气路不能跟随盖板运动的情况。这种情况下，气体管路的气嘴与盖板之间的空隙会更大，惰性气体将不能准确地到达熔体表面。

而装料过程中，还存在气路的对准问题，即气体管路的气嘴要与盖板中心开孔纵向对准，否则大量的气体将不能导入到盖板中心开孔，进而不能到达熔体表面。这就要求在通过铲车等机械运输设备将所述坩埚运到所述炉体中的过程中，需要反复进行定位，确保坩埚及盖板处于炉体的中心位置，该过程对生产效率有影响。

实用新型内容

有鉴于此，需要提供一种新的定向凝固炉，所述定向凝固炉能够解决现有的定向凝固炉中气路的定位问题，并可以提高整个多晶锭的生产效率。

根据本实用新型的一方面，提供了一种定向凝固炉，包括：上炉体；下炉体，所述下炉体与所述上炉体相配合以形成炉体空间；坩埚，所述坩埚设置在炉体空间内并被构造成容纳给料；至少一个加热器，所述加热器用于加热坩埚并熔化容纳在坩埚中的给料；坩埚保持器，所述坩埚保持器用于保持所述坩埚；盖板，所述盖板用于在坩埚被加热时盖住坩埚的开口端且所述盖板的中心形成有第一开孔；隔热部件，所述隔热部件的中心形成有第二开孔且容纳在所述炉体空间内，并被构造成相对于所述坩埚纵向可移动，以控制所述坩埚内的给料的定向凝固，第一通气管，所述第一通气管连接至外部气源并竖直地与所述隔热部件上的第二开孔对准；以及第二通气管，所述第二通气管可移动地套在所述第一通气管上，从而所述第二通气管可纵向移动地与所述盖板的上表面接触。

根据本实用新型的上述方案，通过彼此相对可移动的第一通气管和第二通气管，实现了气路的可调节，即气嘴可上下移动，从而实现气嘴与盖板之间空隙最小化，还可以在盖板被改进(例如改进用于增加给料等)时，无需对气路进行改进。此外，由于所述第二通气管的下端尺寸可调，从而方便地实现了气路的对准，提高了整个定向凝固炉生产单晶或者多晶的效率。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二通气管的第二端设置有气体引导结构，所述气体引导结构用于将气体与盖板上的第一开孔流体连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述气体引导结构与所述第二通气管的第二端一体形成，且其沿着横向方向的尺寸沿着纵向向下逐渐变大。