用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體硅生產工藝設備，特別是指用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)階段，太陽能電池的主流是晶體硅太陽能電池，晶體硅電池主要分為單晶和多晶硅電池，它們所采用的基體材料是單晶和多晶硅片，而單晶和多晶硅片是通過切割單晶和多晶硅晶體而得到的。多晶硅晶體是通過多晶定向凝固生產得到的。多晶硅定向凝固工藝的關鍵設備是多晶爐，提供熱量及溫度梯度的是其中的熱場?，F(xiàn)階段，多晶鑄錠工藝以減壓氣氛為主流工藝，一般采用通入一定設定體積流量純度99.999%以上的高純氬氣，通過調節(jié)抽氣速率，使爐內維持設定的壓力氣氛。氬氣一方面是保護氣體，使多晶爐內形成一定的壓力環(huán)境；另外，氬氣流動可以帶走熱場和硅料里面揮發(fā)出的雜質，提高硅錠的質量。
[0003]在現(xiàn)有的多晶爐中，由于氬氣流道的結構設計相當?shù)牟缓侠?，拐角和空間的突變都造成氬氣流動存在相當多的旋渦，另外，由于爐體只有一個排氣孔，所以其存在嚴重的不對稱性，進一步加劇了氣體流動的不合理。實際上，實際生產過程中，從爐內氧化物的痕跡上可以驗證其氣流流流動相當?shù)牟豁槙?，也造成了氬氣中的雜質不能及時帶走而回到硅熔體中，造成碳氧含量等雜質的增加。

【發(fā)明內容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種氬氣流道設計合理的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，包括:
[0006]一爐體，所述爐體的頂部設置有氬氣輸入管，且所述爐體的側面上設置有氬氣出P ；
[0007]熱場，所述熱場位于所述爐體內，其為一由多塊保溫板圍成的腔室，每塊保溫板之間具有供氬氣流動的第一氣道；
[0008]石英坩堝，所述石英坩堝位于所述熱場內，其包括一坩堝蓋板，所述坩堝蓋板與所述石英坩堝之間預設有供氬氣流出的第二氣道，所述氬氣輸入管延伸至所述熱場內并穿過所述坩堝蓋板以使氬氣通過其進入所述石英坩堝；
[0009]所述爐體上還設置有抽氣管，所述抽氣管延伸至所述熱場內并從所述熱場內向所述爐體外抽送氬氣。
[0010]作為優(yōu)選，所述抽氣管設置在所述爐體的頂部，且所述抽氣管由位于所述坩堝蓋板上方的所述保溫板上穿入所述熱場，并且所述抽氣管位于所述熱場內的管口靠近所述第二氣道。
[0011]作為優(yōu)選，所述抽氣管為石墨管。
[0012]作為優(yōu)選，所述保溫板為碳纖維材料或碳碳復合材料。
[0013]與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐的氬氣流道設計合理，大大降低了氬氣流動過程的局部阻力和流程阻力，減少了旋渦的強度和數(shù)量，增加了流動的順暢性，增加了流動的速度，更好地帶走揮發(fā)出的雜質；另一方面，使氬氣流動集中在最有效的部分，即石英坩堝內熔體與坩堝蓋板的空間，降低這一空間的氣體流動不穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步詳細的說明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，包括:
[0017]一爐體I，所述爐體I的頂部設置有氬氣輸入管4，且所述爐體I的側面上設置有氬氣出口 3 ;熱場5，所述熱場5位于所述爐體I內，其為一由多塊保溫板8圍成的腔室，每塊保溫板之間具有供氬氣流動的第一氣道51 ;石英坩堝9，所述石英坩堝9位于所述熱場5內，其包括一坩堝蓋板7，所述坩堝蓋板7與所述石英坩堝之間預設有供氬氣流出的第二氣道6，所述氬氣輸入管4延伸至所述熱場內并穿過所述坩堝蓋板7向所述石英坩堝9輸送氬氣；氬氣經所述第二氣道6流入所述熱場內；在本實施例中，熱場5的結構大致呈一筒狀，構成其底部的保溫板以及構成其頂部的保溫板與構成其側面的保溫板之間留有間隙，這一間隙最終形成供氬氣由熱場內流出的第一氣道51?，F(xiàn)有技術中由于氣道設計的不合理，尤其在第一氣道51處容易產生漩渦；而在本發(fā)明中，所述爐體I上還設置有抽氣管11，所述抽氣管11延伸至所述熱場5內并從所述熱場5內向所述爐體I外抽送氬氣。這降低了氬氣流動過程的局部阻力和流程阻力，從而減少了旋渦的強度和數(shù)量，增加了流動的順暢性，以使得氬氣能更好地帶走由石英坩堝9中的熔體10所揮發(fā)出的雜質。
[0018]當然，在整個工藝環(huán)節(jié)中，氬氣流動集中的最有效的部分，是石英坩堝9內熔體10與坩堝蓋板7的空間是最有效的部分，氬氣順暢的流動可以從熔體10內帶走雜質。具體在參數(shù)上，本發(fā)明的多晶爐所鑄出的硅錠，在其他條件相同的情況下，鑄錠中的雜質區(qū)域平均減少了 0.5%，也即使鑄出錠的合格部分的比例提高了 0.5%，同時硅錠中的氧含量平均降低了 10%，碳含量降低了 30%;另外，由于碳含量的降低，硅錠合格部分的質量有所提高，使下一道工序一多線切割的硬質點線痕不良率有所降低(0.8%左右)，從而提高了多線切割的良率。也正是基于上述氬氣流動的特點，以改善局部氣流流動為目的，作為優(yōu)選，所述抽氣管11設置在所述爐體I的頂部，且所述抽氣管11由與所述第二氣道6相對的一側的所述保溫板8上穿入所述熱場5。
[0019]另外為了避免被硅蒸汽腐蝕，在本發(fā)明中，作為優(yōu)選，所述抽氣管11為石墨管。所述保溫板8為碳纖維材料或碳碳復合材料。
[0020]在現(xiàn)有的多晶鑄錠行業(yè)中，基本上所有的多晶爐有一個共同的特點，都在頂部有一個用于檢測異常超溫報警的熱電偶，其需要把熱電偶插入到“保溫材料組成的頂部保溫蓋下”，因此其在爐體的頂部有一個通孔。但在多晶爐的技術改造過程中，檢測異常超溫報警的作用非常有限，因此這種熱電偶已經被取消，爐頂?shù)目滓簿捅徽J為沒有使用價值。本發(fā)明的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，在解決現(xiàn)有技術中氬氣流道的結構設計不合理的基礎上，充分利用現(xiàn)有多晶爐結構，在這個位置上設置抽氣管，同時把抽氣用的泵接到這個位置，結構巧妙，加工簡便，生產成本低廉。
[0021]與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐的氬氣流道設計合理，大大降低了氬氣流動過程的局部阻力和流程阻力，減少了旋渦的強度和數(shù)量，增加了流動的順暢性，增加了流動的速度，更好地帶走揮發(fā)出的雜質；另一方面，使氬氣流動集中的最有效的部分，即石英坩堝內熔體與坩堝蓋板的空間，降低這一空間的氣體流動不穩(wěn)定性。
[0022]當然，以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，其特征在于，包括: 一爐體，所述爐體的頂部設置有氬氣輸入管，且所述爐體的側面上設置有氬氣出口 ；熱場，所述熱場位于所述爐體內，其為一由多塊保溫板圍成的腔室，每塊保溫板之間具有供氬氣流動的第一氣道； 石英坩堝，所述石英坩堝位于所述熱場內，其包括一坩堝蓋板，所述坩堝蓋板與所述石英坩堝之間預設有供氬氣流出的第二氣道，所述氬氣輸入管延伸至所述熱場內并穿過所述坩堝蓋板以使氬氣通過其進入所述石英坩堝； 所述爐體上還設置有抽氣管，所述抽氣管延伸至所述熱場內并從所述熱場內向所述爐體外抽送氬氣。2.如權利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，其特征在于，所述抽氣管設置在所述爐體的頂部，且所述抽氣管由位于所述坩堝蓋板上方的所述保溫板上穿入所述熱場，并且所述抽氣管位于所述熱場內的管口靠近所述第二氣道。3.如權利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，其特征在于，所述抽氣管為石墨管。4.如權利要求1所述的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，其特征在于，所述保溫板為碳纖維材料或碳碳復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐，包括：一爐體；熱場；石英坩堝，所述石英坩堝位于所述熱場內，其包括一坩堝蓋板，所述坩堝蓋板與所述石英坩堝之間預設有供氬氣流出的第二氣道，所述氬氣輸入管延伸至所述熱場內并穿過所述坩堝蓋板以使氬氣通過其進入所述石英坩堝；所述爐體上還設置有抽氣管，所述抽氣管延伸至所述熱場內并從所述熱場內向所述爐體外抽送氬氣。本發(fā)明的用于多晶硅定向凝固工藝的多晶爐的氬氣流道設計合理，大大降低了氬氣流動過程的局部阻力和流程阻力，減少了旋渦的強度和數(shù)量，增加了流動的順暢性。
【IPC分類】C30B29/06, C30B28/06
【公開號】CN105648525
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】唐駿, 孟濤, 路景剛, 余剛
【申請人】鎮(zhèn)江榮德新能源科技有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年11月17日