[实用新型]在坩埚侧壁底端设置有保温部件的定向凝固炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及例如单晶锭或者多晶锭的定向凝固设备，尤其是涉及一种利用定向凝固工艺生产太阳能用多晶硅锭的、在坩埚侧壁底端设置有保温部件的定向凝固炉。

背景技术

在利用定向凝固工艺生产太阳能用多晶硅锭时，由于石英坩埚底部的冷却比其它部分快，首先从底部开始结晶，然后逐渐向上生长。如果能使固/液界面的形状保持平直或微凸时，则绝大部分硅晶粒容易一直保持竖直向上生长，晶界则几乎保持竖直，这样得到近乎于理想的晶粒排列，晶锭质量最好，制备出的太阳能电池转换效率也最高。因此，在生长多晶硅锭过程中，希望固/液界面为平直或者微凸形。

图1为现有技术的定向凝固系统结构示意图。由图1可知，现有技术的定向凝固系统包括：上炉体101′；与所述上炉体101′相配合的下炉体102′；设置在所述下炉体102′内的坩埚支座6′，设置于所述坩埚支座6′上的坩埚保持器5′和坩埚保持器5′内设置的石英坩埚2′；设置在坩埚保持器5′侧面的侧加热器32′以及设置在石英坩埚2′上方的顶加热器31′；罩在顶加热器31′和侧加热器32′外侧的隔热部件4′。在给料熔化以及熔体定向凝固的过程中需要通入惰性气体如Ar气以将给料高温过程中所生成的含碳气体等杂质从排气孔103′排出炉外。

根据现有的定向凝固系统，在生产多晶硅定锭过程中，如图1所示，固体82′与熔体81′的界面的边缘部分(邻近石英坩埚侧壁部分)不能保持为平直或者微凸形状，而是呈凹状。且随着图中箭头方向所示的固/液界面的推移，由动力学分析可知所得到的多晶锭中邻近石英坩埚侧壁的部分的晶粒小而凌乱、晶体质量很差、少子寿命低、且由这部分多晶锭制备出的太阳能电池转换效率低。

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使定向凝固过程中固/液界面形状保持为微凸形，改善多晶锭的晶体质量，进而提高生产收益。

本实用新型人等对现有的定向凝固炉进行了反复研究从而得出了下述结论，并在此基础上完成了本实用新型。即，现有的定向凝固炉在石英坩埚侧壁仅仅设置有石墨材质的坩埚保持器，在通过向上提升隔热部件以使熔体定向凝固的过程中由于工作气体如Ar气流从石墨材质的坩埚保持器带走大量的热量，由此导致了石英坩埚侧壁冷却过快。而由于定向凝固机制决定了侧加热器仅覆盖石英坩埚的侧壁的上半部分，其下半部分没有对应的加热部件，因此坩埚侧壁的下部的过度冷却尤其明显。受此影响，靠近坩埚侧壁的熔体开始结晶，邻近坩埚侧壁的固/液界面也因此变为凹形，晶粒向坩埚中心横向生长，这部分晶界很难保持竖直，因而所得到的晶粒非常小，晶界也很紊乱。由此造成了现有定向凝固系统得到的多晶锭中邻近石英坩埚侧壁的部分的晶粒小而凌乱、晶体质量很差、少子寿命低，制备出的太阳能电池转换效率低。

根据本实用新型实施例的定向凝固炉，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用于容纳给料；至少一个加热器，所述加热器容纳在所述炉体空间内，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；坩埚支座，容纳有所述坩埚的所述坩埚保持器设置在所述坩埚支座上；隔热部件，所述隔热部件容纳在所述炉体空间内并罩住所述加热器，且所述隔热部件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；通气管，所述通气管连接至外部气源并竖直地贯穿所述隔热部件，以向坩埚内引入工作气体；以及保温部件，所述保温部件设置于所述坩埚保持器的底端外侧。

根据本实用新型的上述方案，通过在所述坩埚保持器的底端外侧设置的保温部件，解决了石英坩埚侧壁下部过度冷却的问题，从而实现了使定向凝固过程中固/液界面形状保持为微凸形，改善了多晶锭的晶体质量，进而提高了生产效益，且提高了由所生产的多晶锭制备出的太阳能电池转换效率。不仅如此，该保温部件还可以降低生产多晶锭过程中的加热功率，从而降低能耗。

另外，根据本实用新型上述实施例的定向凝固炉还可以具有如下的附加技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述保温部件由固化炭毡保温材料制成。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热器包括位于所述坩埚侧面的侧加热器，其中所述保温部件的顶端高度不高于所述侧加热器的底端高度。

根据本实用新型的一个实施例，所述保温部件与所述坩埚保持器的外壁相适配且沿纵向的横截面为锥状或锥台状。

具体而言，所述锥状或锥台状可以在其底部具有L形的弯折部以与所述坩埚保持器的底部相适配。

根据本实用新型的一个实施例，所述保温部件沿纵向横截面为L形的棱柱状。