一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，包括炉架、隔热花板、下炉体、方环隔热板、隔热垫、陶瓷坩埚、石墨护板、形核涂层、定向助凝块、冷却岛、起重电机、外隔热笼、内隔热笼、提升机构、上炉体和加热器；所述下炉体设置有控制升降隔热花板机构；所述炉体中设置有内隔热笼和外隔热笼；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设有护板，底部设有定向助凝块、方环隔热板和隔热花板，所述上炉体内设有加热器，所述下炉体中心设置有冷却岛；本新型采用隔热花板，并设置冷却岛，通过吸收和折射冷却硅晶。解决了硅铸锭降温不均匀、中心区域降温效率差问题，所制备的多晶硅铸锭晶粒细小、光能转化率高。

【技术实现步骤摘要】
一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置
本技术涉及一种太阳能电池多晶硅铸锭生产技术设备领域，特别涉及一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置。
技术介绍
太阳能电池制造业发展最速，以超过50%的速度高速增长。在各种类型的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池由于转换率高，技术成熟而保持领先地位。晶体硅太阳能光伏组件的完整 产业链包括铸锭、切片、电池和组件四部分，而铸造多晶硅锭是生产多晶硅太阳能光伏组件的第一个步骤。多晶硅锭一般采用多晶硅铸锭炉，通过多晶硅铸锭炉铸造高品质多晶硅锭是提高电池转换效率的关键因素和基本如提。制备晶粒均匀细小的多晶娃能够保证多晶娃铸淀的品质。目前制备均匀小晶粒的方法主要依靠在长晶初期加大铸锭炉底部的降温速度，以获得较大的过冷度，达到细化晶粒的目的。具体操作方案是在硅料熔化完成后，迅速提升隔热笼，使得铸锭炉底部散热量加大，形核量增大，在坩埚底部形成晶粒比较细小的母相后，适当减小隔热笼的开度，在适宜的温度下继续完成剩余的长晶过程。增大长晶初期铸锭炉底部散热速度以加大过冷度的方法可以实现生长小晶粒的目的，但是这种生产方法存在以下缺点:1、突然增大温度变化率对坩埚和涂层产生影响，如果坩埚涂层存在缺陷，则很容易发生粘埚甚至泄露等生产事故；2、突然增大的降温变化率会对后面正常的长晶过程造成影响，导致硅锭长晶速率波动较大，造成多晶硅锭缺陷、位错增多；3、铸锭炉主要依靠提升隔热笼来实现降低底部温度的目的，但是单纯的提升隔热笼，定向助凝块四边的散热速率高于中央的散热速率，这种降温模式会形成水平方向上的温度梯度，最终会影响硅锭晶粒的垂直度。因此，本技术提供了一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供了一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，针对现有技术中硅铸锭工艺降温不均匀、温度变化过于突然以及铸锭低部温度冷却不均匀、铸锭中心温度降低效率差的问题，采用花式隔热底板，并在下炉体内腔设置冷却岛，通过起重电机控制花式隔热板的升降，从而实现多晶硅铸锭生产过程温度控制的均匀性、稳定性，并获得超细晶粒多晶娃铸淀广品。为达到上述目的，本技术的技术方案如下:一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，包括炉架、隔热花板、下炉体、方环隔热板、隔热垫、陶瓷坩埚、石墨护板、硅料、形核涂层、定向助凝块、支撑柱、冷却岛、起重电机、外隔热笼、内隔热笼、提升机构、铜馈入管、惰性气体管、上炉体和加热器，其特征在于:所述多晶硅铸锭炉结构是:由炉架支撑上炉体和下炉体，所述上炉体与下炉体由双层冷却系统构成并扣合为一体，所述下炉体通过底部的液压系统或电机驱动打开或关闭，并设置有控制升降隔热花板的机构；所述上炉体外侧设置有惰性气体管、测温传感器、电源馈入铜管、真空管道、防护层等配套设施；所述下炉体内设置有支撑柱，用于支撑坩埚组件；所述下炉体炉壁为大流量冷却水壁，主要用于吸收高温坩埚所辐射出来的热量；所述下炉体中心设置有冷却岛，所述冷却岛为一圆球形结构体，其内部通过冷却水冷却并与下炉体冷却系统相连通，所述上炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，可以分别通过提升机构控制其提升或者下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述散热锥孔为喇叭口形，所述喇叭口方向朝向外侧，便于散射更多的热量；所述陶瓷坩埚四周设置有石墨护板，所述陶瓷坩埚底部石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有方环隔热板和隔热花板，所述方环隔热板中间设置有正多边形的的可升降隔热花板，在炉体底部起重电机控制下可实现升降隔热花板打开或者关闭操作；所述上炉体内陶瓷坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述陶瓷坩埚内装填有待熔融硅料，所述坩埚底部与定向助凝块相接，所述定向助凝块与陶瓷坩埚相接触的四周边缘设置有多层隔热垫。所述隔热花板为多个扇形片拼接结构，通过正多边形框架固定在一起，在所述的多边形框架上，设置有可以单向转动的限位轴，每个组成正多边形的扇形均可围绕限位轴向上方单向转动；当隔热花板升起时，通过框架与限位轴使各个隔热花板扇片共同组成完整正多边形底板；当框架下降时，隔热花板中心遇到冷却岛球体后，被冷却岛球体顶部撑开，所有花形扇片打开，并露出缝隙，冷却岛通过隔热花板花形扇区片的缝隙，吸收定向助凝块辐射出的热量，起到冷却陶瓷坩埚中心区域的作用。所述冷却岛设置于下炉体底部，是不锈钢球体夹层结构，内部冷却水与下炉体冷却系统一同循环，一方面起到冷却源的作用，另一方面，冷却岛的顶部起到开起隔热花板扇形片的作用，通过撑顶将下降的隔热花板单向转动的扇形片向上方顶开，并如花开一样呈倾斜状态，所述扇形片之间就会形成较大缝隙，使得冷却岛的球形体能够直接吸收到定向助凝块辐射出来的热量，同时隔热花板的扇形片表面是倾斜状态，正好可以折射定向助凝块辐射的热量到下炉体的冷却壁上，因此，通过直接吸收、折射后间接吸收，最终会将陶瓷坩埚中心区域的热量有效的进行传递和吸收，从而使得陶瓷坩埚中心区域温度与陶瓷坩埚四周区域的温度降低和温度差异均匀化，保证整体硅晶的生长，得到高品质高转化率的多晶娃铸淀。所述内隔热笼下部分设置有多层散热锥孔，所述散热锥孔为喇叭口形状，朝向外侧开口，所述散热锥孔设置有多层，每层散热孔至少设置5个以上，所述散热锥孔外孔直径为80mm—220mm ;内孔直径为60mm—165mm ;所述散热锥孔从下至上,逐层孔径缩小,缩小直径距离为IOmm — 50mm ;所述散热锥孔层间距为下层孔径的二分之一。所述内隔热笼的散热锥孔设置，配合外散热笼一起提升作用，可很好的实现对坩埚中硅液的温度控制，使得定向温差方向正确，避免了体系中突然大幅度温度变化带来的缺陷；由于使用内隔热笼设计，可以分别提升内隔热笼与外隔热笼体，而内隔热笼壁上设置有多层散热孔，就发挥了减缓温度突然变化的缺点，使温度缓慢降低，坩埚辐射的热量均匀扩散。所述升降隔热花板设置于下炉体内，所述隔热花板通过炉外起重电机可降低可升起，在长晶过程中，特别是初生晶期间，隔热花板打开后，使冷却岛露出来，一方面增加了定向助凝块底部的散热效果，直接吸收辐射热量；另一方面是隔热花板上的扇形片表面是倾斜面，可将助凝块辐射的热量折射到下炉体水冷却壁上，实现了坩埚体中心区域降低温度的作用，由此可确保整体硅晶内部与四周的温度被有效吸收和折射，使陶瓷坩埚中的硅晶体温度均匀，为整体硅晶的定向生长提供充足的散热条件。所述陶瓷坩埚内底面经过预处理，喷涂有石英砂涂层，涂层用于为多晶硅成核提供微观结构的形核区域；进一步的，所述坩埚内表面喷涂有氮化硅涂层，用于隔离硅液与陶瓷坩埚体，以便于脱模和防止黏埚现象发生。所述定向助凝块与陶瓷坩埚底护板之间，沿陶瓷坩埚四周设置有硬碳毡隔热垫，用于减缓坩埚四周的热量散失，确保温度均匀和避免晶体内外温度差异。本技术的工艺流程是:1、上炉体、下炉体和各种配套设备检查与准备；2、坩埚组件准备；3、坩埚内部底面喷涂石英砂涂层；4、坩埚内部表面喷涂氮化硅涂层；5、装配坩埚组件；6、装填硅料；7、装埚；8、封炉；9、产前检测；10、工艺参数设定；11、真空换气；12、加热升温工序；13、硅料熔化工序；14、初期形核工序，降低隔热花板，打开扇形片折射热量，露出冷却岛直接吸收热量；15、定向长晶工序,分步骤开起内隔热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，其特征在于，包括炉架、隔热花板、下炉体、方环隔热板、隔热垫、陶瓷坩埚、石墨护板、硅料、形核涂层、定向助凝块、支撑柱、冷却岛、起重电机、外隔热笼、内隔热笼、提升机构、铜馈入管、惰性气体管、上炉体和加热器；所述炉架支撑上炉体和下炉体，所述下炉体通过底部的起重电机驱动与上炉体扣合打开或关闭，并设置有控制升降隔热花板的机构；所述下炉体内设置有支撑柱；所述炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，通过提升机构可以分别控制提升或下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设置有石墨护板，所述坩埚底部与石墨护板相接，所述石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有隔热底板和升降隔热板，所述上炉体内坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述坩埚内装填有待熔融硅料。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，其特征在于，包括炉架、隔热花板、下炉体、方环隔热板、隔热垫、陶瓷坩埚、石墨护板、硅料、形核涂层、定向助凝块、支撑柱、冷却岛、起重电机、外隔热笼、内隔热笼、提升机构、铜馈入管、惰性气体管、上炉体和加热器；所述炉架支撑上炉体和下炉体，所述下炉体通过底部的起重电机驱动与上炉体扣合打开或关闭，并设置有控制升降隔热花板的机构；所述下炉体内设置有支撑柱；所述炉体中设置有套层隔热笼，包括内隔热笼和外隔热笼，通过提升机构可以分别控制提升或下降；所述内隔热笼下部沿四周等距离均匀设置有多层散热锥孔，所述坩埚四周设置有石墨护板，所述坩埚底部与石墨护板相接，所述石墨护板下方设置有定向助凝块，所述定向助凝块下方设置有隔热底板和升降隔热板，所述上炉体内坩埚四周和上方设置有多组加热器，所述坩埚内装填有待熔融硅料。2.根据权利要求1所述的一种多晶硅铸锭炉底部助凝装置，其特征在于，所述隔热花板为多个扇形片拼接结构，通过正多...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴贤，
申请(专利权)人：常州兆晶光能有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32