CN203382850U - 多晶硅铸锭炉热场加热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于多晶硅铸锭领域，特别涉及多晶硅铸锭炉热场加热装置。一种多晶硅铸锭炉热场加热装置，包括石英坩埚外壁由内向外依次环绕的热电偶、侧部加热器和隔热层，其特征在于石英坩埚的上部安装有凹型加热器，凹型加热器与侧部加热器相连接。本实用新型构思独特，在多晶硅铸锭过程中，由于凹型加热器本身的凹形特点，控制顶部凹型加热器对硅液中心进行加热，使其温度接近于硅液侧部温度，从而在液相中形成正温度梯度，凸形固液界面逐渐趋于平整固液界面，铸锭出成率高，同时能够改善晶粒取向并可以大大提高铸锭效率。
Description
技术领域
本实用新型属于多晶硅铸锭领域，特别涉及多晶硅铸锭炉热场加热装置。
背景技术
多晶硅是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，这些晶粒接合起来便形成多晶硅。在太阳能光伏工业中生产太阳能光伏产品的工艺包括多晶硅铸锭、切割成片、制成电池片和封装为太阳能组件，可见多晶硅铸锭是太阳能光伏工业的重要组成部分，是生产太阳能光伏产品的首个环节。其中多晶硅铸锭工艺是采用多晶硅铸锭炉完成的，其包括步骤：1）对单质硅进行加热，直至单质硅熔化；2）冷却使熔融的单质硅凝固，进行长晶；3）退火处理，并冷却。
目前，多晶硅铸锭工艺中，由于侧部加热器与石英坩埚相对不动，侧部加热器对石英坩埚一直处在加热状态，这样就使得石英坩埚内部中心处的硅液的温度低于坩埚侧部处温度，使得中心处硅液先于侧部凝固，从而得到的固液界面都是凸形，温度梯度差别较大，很难得到较为水平的固液界面。得到的硅锭将会把上端杂质切除，凸形硅锭的成品切除率比较高，从而影响了铸锭的出成率。同时，由于难以达到温度的横向均匀分布，所以很不利于晶体的均匀化生长。
专利201210389622.9，公开了一种多晶硅铸锭炉及其坩埚，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。该发明的不足之处在于坩埚结构复杂，需要特殊定制；且在铸锭过程中，中心加热器与铸锭必定会有粘连，不利于后期取锭与清理，硅锭很容易破损；同时，中心加热器占用硅锭体积，取出的硅锭中心存在空孔，使切方出成率大大降低。
实用新型内容
本实用新型克服上述不足问题，提供一种多晶硅铸锭炉热场加热装置，在多晶硅铸锭过程中，通过在热场顶部使用凹型加热器来得到更加水平的固液界面，同时在晶体长晶过程中，通过控制凹型加热器的功率来达到硅液各处温度的一致性，实现均匀化长晶过程。
本实用新型为实现上述目的所采用的一种多晶硅铸锭炉热场加热装置，包括石英坩埚外壁由内向外依次环绕的热电偶、侧部加热器和隔热层，其特征在于石英坩埚的上部安装有凹型加热器，凹型加热器与侧部加热器相连接。
凹型加热器的曲率半径优选为8～9m。
凹型加热器为左右对称结构，其中凹点位于石英坩埚中心轴上，两侧各对称点温度一致，且都低于凹点温度。
本实用新型的工作原理：采用该装置进行多晶硅铸锭工艺，包括装料抽真空，加氩气升压，升温保温使硅料熔化，晶体长晶，退火冷却降温；其中，在晶体长晶过程中，控制装置中坩埚温度，使其下降到1400～1420℃，首次调节凹型加热器的功率使硅料水平方向上各点间温度差在3℃之内；再次调节凹型加热器功率，完成长晶。晶硅长晶之前，首次微调功率使得水平方向各点温度差缩小，在长晶过程中，再次调节功率，即降低热功率，为了使晶硅缓慢减低温度，有利于晶体长晶。石英坩埚底端由上向下依次安装有热交换块和隔热板。热交换块的作用是在长晶过程中对铸锭底部进行散热，隔热板的作用是对石英坩埚进行隔热保温。
本发明构思独特，在多晶硅铸锭过程中，由于凹型加热器本身的凹形特点，控制顶部凹型加热器对硅液中心进行加热，使其温度接近于硅液侧部温度，从而在液相中形成正温度梯度，凸形固液界面逐渐趋于平整固液界面，铸锭出成率高，同时能够改善晶粒取向并可以大大提高铸锭效率。
附图说明
图1为本实用新型示意图。
图中，1、进气管 2、炉体 3、凹型加热器 4、隔热层 5、侧部加热器 6、热电偶 7、石英坩埚 8、热交换块 9、隔热板
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图详细说明本实用新型，但本实用新型并不局限于具体实施例。
实施例1：
1.选择凹型加热器的半径为8m，加热器功率为168Kw。
2.将650Kg硅料装入石英坩埚7内，抽真空到0.1Pa，由进气管1通入氩气作为保护气，打开侧部加热器5加热，使隔热层4、硅料等的湿气蒸发掉，并在2小时内提升石英坩埚7内温度达到1175℃。
3.通入氩气作为保护气，使炉体2内压强保持在400KPa，使石英坩埚7内温度在4小时内到达1545℃并且保温8小时，直至硅料全部熔化结束。
4.控制侧部加热器5，使石英坩埚7的温度降到1400℃，首次调节凹型加热器3的功率范围为0～8kw，热电偶6与电脑相连，实时监测温度变化，控制凹型加热器3的功率，使得硅料水平方向上各点间温度差在3℃之内。
5.机械外力提拉隔热层4，从熔体底部到顶部形成一个温度梯度，长晶时间为28h，长晶过程中再次调节凹型加热器3，将凹型加热器3的功率控制在55kw，从而能够得到更为水平的固液界面。
6.晶体生长完成后，晶锭在1300℃保持2h，使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力，减少位错。
7.退火后，炉体2内由进气管1通入大流量氩气，使温度逐渐降低到室温，降温速率为60℃/h。
实施例2
1.选择凹型加热器的半径为9m，加热器功率为180Kw。
2.将750Kg硅料装入石英坩埚7内，抽真空到0.08Pa，由进气管1通入氩气作为保护气，打开侧部加热器5加热，使隔热层4、硅料等的湿气蒸发掉，并在2小时内提升石英坩埚7内温度达到1175℃。
3.通入氩气作为保护气，使炉体2内压强保持在400KPa，使石英坩埚7内温度在5小时内到达1545℃并且保温10小时，直至硅料全部熔化结束。
4.控制侧部加热器5，使石英坩埚7的温度降到1400℃，首次调节凹型加热器3的功率范围为9～18kw，热电偶6与电脑相连，实时监测温度变化，控制凹型加热器3的功率，使得硅料水平方向上各点间温度差在3℃之内。
5.机械外力提拉隔热层4，从熔体底部到顶部形成一个温度梯度，长晶时间为40h，长晶过程中再次调节凹型加热器3，将凹型加热器3的功率控制在60kw，从而能够得到更为水平的固液界面。
6.晶体生长完成后，晶锭在1370℃保持4h，使得晶锭的温度均匀，从而减小热应力，减少位错。
7.退火后，炉体2内由进气管1通入大流量氩气，使温度逐渐降低到室温，降温速率为80℃/h。
综上所述，本实用新型能够在多晶硅铸锭过程中，顶部凹型加热器可以得到较为理想的固液界面，而且通过调节顶部凹型加热器的加热功率，使得水平方向各点温度在3℃温差范围内，并且在液相中形成正温度梯度，同时能够改善晶粒取向并可以大大提高铸锭效率。
Claims (2)
1.一种多晶硅铸锭炉热场加热装置，包括石英坩埚（7）外壁由内向外依次环绕的热电偶（6）、侧部加热器（5）和隔热层（4），其特征在于石英坩埚（7）的上部安装有凹型加热器（3），凹型加热器（3）与侧部加热器（5）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉热场加热装置，其特征在于凹型加热器（3）的曲率半径为8～9m。
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| CN109371459A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-02-22 | 内蒙古中环光伏材料有限公司 | 一种改善熔体温度梯度的阶梯状加热器 |
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2013
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