一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構的制作方法
【專利摘要】一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其包括固定套管（1），導流筒本體（2），所述導流筒本體（2）置于固定套管（1）中，導流筒本體（2）的下端呈錐形，錐形小端的直徑小于坩堝蓋板（3）中心孔（11）的直徑，導流筒本體（2）的錐形下端能夠伸入坩堝蓋板（3）的下方。本實用新型通過獨特的結(jié)構設計，可以降低導流筒本體（2）下端與硅熔體（8）水平距離（9），從而提高進氣氣體的吹掃能力，因此硅晶體的碳氧等雜質(zhì)含量比傳統(tǒng)導流筒結(jié)構的雜質(zhì)含量要低，晶體質(zhì)量也有提高。
【專利說明】一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多晶硅鑄錠爐熱場裝備技術，尤其是涉及一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構。
[0002]技術背景:
[0003]隨著現(xiàn)代社會的不斷進步，石油、煤炭、天然氣等自然資源被大量消耗，資源匱乏的問題已經(jīng)越來越突出，已經(jīng)成為人類面臨的巨大威脅與挑戰(zhàn)。人類社會的可持續(xù)發(fā)展，必須尋求新的能源發(fā)展道路。大力開放光伏，風電為代表的新能源，是可持續(xù)的能源發(fā)展之路。
[0004]其中晶體娃光伏技術是目前主流的光伏發(fā)電技術，晶娃光伏的產(chǎn)業(yè)鏈相對較長，跨越了多晶硅生產(chǎn)，晶體生長及切割，電池片制造及組件封裝等等，硅晶體為光伏發(fā)電的基礎，硅片質(zhì)量很大程度上決定了后續(xù)電池的效率及成本，硅片質(zhì)量主要由其晶體生長過程所決定，同時晶體生長過程受到很多因素的影響，如熱場高溫環(huán)境，雜質(zhì)的產(chǎn)生及輸運等。
[0005]硅晶體的生長，一般分為多晶鑄錠，單晶提拉以及區(qū)熔生長三種方法。其中多晶鑄錠為典型的熔體固化的生長方法:多晶硅原料先在高溫下被加熱融化成熔體，然后通過底部冷卻，向上定向凝固開始晶體生長，其生長過程相對緩慢，在生長完成后，晶體進行退火冷卻到常溫。因為生長周期長，生長溫度很高，熱場內(nèi)部包含有石英坩堝，液態(tài)硅，碳基保溫氈，石墨加熱器等，物理化學過程相對復雜，各種雜質(zhì)氣體作為中間產(chǎn)物，殘留在爐體熱場內(nèi)部或者溶于硅熔體而不被排出，或者與材料本身發(fā)生反應形成固態(tài)雜質(zhì)，最終存在于晶體中，極大地影響了晶體的質(zhì)量。
[0006]例如，在硅晶體的生長過程中，硅熔體與石英坩堝接觸時，以及S1與石墨加熱器等接觸時，高溫下會發(fā)生如下反應:Si (液)+S12(固)=2Si0(氣)；S1(氣)+2C=C0(氣)+SiC(固)；上述反應中產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體，如果不能被快速帶走，將會被硅熔體溶解吸收，從而在熔體內(nèi)形成飽和析出。因此，若在硅晶體生長過程中盡量多地除去S1, CO等雜質(zhì)氣體、避免碳氧等雜質(zhì)被溶體溶解吸收,將會有利于提聞娃晶體的質(zhì)量。
[0007]在爐體內(nèi)利用高純氬氣吹掃，是一種通用的去除硅晶體熱場中S1，CO等雜質(zhì)氣體的方法。對于多晶鑄錠爐而言，現(xiàn)有技術中的導流筒本體是靜置于坩堝蓋板的上部，當硅料完全熔化后坩堝蓋板距離硅熔體面比較遠。高純氬氣從中部的導流筒本體以一定速度吹出，盡管氬氣有所發(fā)散，但是大部分氣流還是沿著液體表面吹掃，只是強度相對弱很多，這樣不能更多地除去石英坩堝內(nèi)的S1，CO等雜質(zhì)氣體。
[0008]實用新型內(nèi)容:
[0009]針對現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，本實用新型提供了一種多晶硅鑄錠爐錐形導流筒結(jié)構,可以更多地除去石英;fc甘禍內(nèi)的S1, CO等雜質(zhì)氣體，提聞晶體質(zhì)量。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是:一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，包括固定套管，導流筒本體；所述導流筒本體置于固定套管中，所述導流筒本體的下端呈錐形，錐形小端的直徑小于坩堝蓋板中心孔的直徑，所述導流筒本體的錐形下端能夠伸入坩堝蓋板的下方。
[0011]進一步，所述導流筒本體的下端的錐度:5° <錐度<120°。
[0012]進一步，所述導流筒本體的下端與硅熔體的距離為30?200mm。
[0013]進一步，所述導流筒本體的材質(zhì)為石墨或炭-炭復合材料或鑰。
[0014]進一步，所述坩堝蓋板為炭-炭復合材料板或石墨板或鑰板。
[0015]進一步，所述坩堝蓋板的厚度為2?15mm。
[0016]多晶鑄錠過程分為:裝料，熔化，長晶，退火，冷卻幾個步驟。
[0017]1.在換成錐形導流筒本體后，硅料堆積仍然溢出石英坩堝頂部，而導流筒本體由于下部較小，在坩堝蓋板中心孔處被不規(guī)則形狀的硅料擋住而托起；
[0018]2.硅料開始部分熔化，因此硅料的高度隨之下降，錐形導流筒本體亦隨之下墜，仍然被不規(guī)則硅料所擋住而托起；
[0019]3.硅料完全熔化后，或者錐形導流筒本體下墜到特定高度后，此時導流筒本體已經(jīng)深入到坩堝蓋板下方一定距離，最后由于直徑大于中心孔直徑而被固定；
[0020]4.硅熔體開始固化，晶體開始生長，而此時導流筒本體深入到蓋板下方，比傳統(tǒng)的導流筒本體更加接近熔體表面，因而其氬氣對熔體表面的吹掃能力得到加強。同時由于圓錐口徑小，氣體噴射速度快，吹掃能力也會被加強。
[0021]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有以下優(yōu)點:
[0022](I)本實用新型的錐形導流筒本體深入了石英坩堝內(nèi)，降低了導流筒本體下端至硅熔體水平面的距離，提高了進氣氣體的吹掃能力，可以更多地除去石英坩堝內(nèi)的S1，CO等雜質(zhì)氣體，從而提聞晶體質(zhì)量；
[0023](2)本實用新型的錐形導流筒結(jié)構簡單，安裝拆卸方便，可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型錐形導流筒結(jié)構在裝料狀態(tài)下的示意圖；
[0025]圖2為本實用新型錐形導流筒結(jié)構在熔化過程中的示意圖；
[0026]圖3為本實用新型錐形導流筒結(jié)構在完全熔化狀態(tài)下的示意圖；
[0027]圖4為本實用新型導流筒本體結(jié)構示意圖；
[0028]圖5為本實用新型坩堝蓋板結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合實例對本實用新型作進一步說明。
[0030]實施例1
[0031]參照圖1，本實施例錐形導流筒包括固定套管1、導流筒本體2，導流筒本體2置于固定套管I中，導流筒本體2下端呈錐形，錐形小端的直徑小于坩堝蓋板3的中心孔11的直徑，導流筒本體2能伸入坩堝蓋板3的下方。
[0032]導流筒本體2下端的錐度10為5°，導流筒本體2的材質(zhì)為石墨。
[0033]坩堝蓋板3為炭-炭復合材料板，厚度為6mm。
[0034]工作時，在將石英坩堝4裝滿塊狀硅料6，將石英坩堝4置于坩堝底板7上方正中，石英坩堝4的四周安裝坩堝護板5，將石英坩堝4連同硅料6、坩堝底板7、坩堝護板5置于多晶硅鑄錠爐中，然后將導流筒本體2置于坩堝蓋板3上，導流筒本體2的錐形小端對坩堝蓋板3的中心孔11，塊狀硅料6將導流筒本體2頂起。
[0035]熔化:將鑄錠爐內(nèi)加熱，塊狀硅料6開始部分熔融，因此，塊狀硅料6的高度隨之下降，導流筒本體2亦隨之下墜，仍然被不規(guī)則硅料所托起(如圖2所示)。塊狀硅料6全部熔化后，由于導流筒本體2錐體部分上部的直徑大于中心孔11直徑而被固定，此時導流筒本體2的下部已經(jīng)伸入到坩堝蓋板3下方，導流筒本體2下端與硅熔體8水平面的距離9為30mm，高純氬氣從固定套管I以一定速度吹出，吹至石英坩堝4內(nèi)(如圖3所示)。
[0036]鑄錠爐內(nèi)繼續(xù)進行長晶、退火、冷卻、出爐等步驟。
[0037]與現(xiàn)有技術中的導流筒本體2靜置于坩堝蓋板上方的這種鑄錠方式相比(其他鑄錠工藝參數(shù)不變)，本實用新型錐形導流筒結(jié)構生產(chǎn)的硅錠出爐后檢測，碳含量降低25.6%，氧含量降低28.5%,晶體質(zhì)量有所提聞。
[0038]實施例2
[0039]本實施例錐形導流筒與實施例1的區(qū)別僅在于，導流筒本體2下端的錐度10為120°，導流筒本體2的材質(zhì)為炭-炭復合材料；
[0040]樹堝蓋板3為石墨板,厚度為15mm ；
[0041]導流筒本體2下端與硅熔體8水平面的距離9為200mm。
[0042]與現(xiàn)有技術中的導流筒本體2靜置于坩堝蓋板上方的這種鑄錠方式相比(其他鑄錠工藝參數(shù)不變)，本實用新型錐形導流筒結(jié)構生產(chǎn)的硅錠出爐后檢測，碳含量降低15.9%，氧含量降低14.2%,晶體質(zhì)量有所提聞。
[0043]實施例3
[0044]本實施例錐形導流筒與實施例1的區(qū)別僅在于，導流筒本體2下端的錐度10為15°，導流筒本體2的材質(zhì)為鑰；
[0045]i甘堝蓋板3為鑰板,厚度為2mm ；
[0046]導流筒本體2下端與硅熔體8水平面的距離9為60mm。
[0047]與現(xiàn)有技術中的導流筒本體2靜置于坩堝蓋板上方的這種鑄錠方式相比(其他鑄錠工藝參數(shù)不變)，本實用新型錐形導流筒結(jié)構生產(chǎn)的硅錠出爐后檢測，碳含量降低24.3%，氧含量降低21.7%,晶體質(zhì)量有所提聞。
[0048]實施例4
[0049]本實施例錐形導流筒與實施例1的區(qū)別僅在于，導流筒本體2下端的錐度10為30°，導流筒本體2的材質(zhì)為炭-炭復合材料；
[0050]樹堝蓋板3為鑰板,厚度為2mm ；
[0051]導流筒本體2下端與硅熔體8水平面的距離9為100mm。
[0052]與現(xiàn)有技術中的導流筒本體2靜置于坩堝蓋板上方的這種鑄錠方式相比(其他鑄錠工藝參數(shù)不變)，本實用新型錐形導流筒結(jié)構生產(chǎn)的硅錠出爐后檢測，碳含量降低20.1%，氧含量降低19.3%,晶體質(zhì)量有所提聞。
[0053]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術實質(zhì)實施例1的區(qū)別僅在于，對以上實施例所作的任何修改、變更以及等效結(jié)構變換，均仍屬本實用新型技術方案的保護范圍。
【權利要求】
1.一種多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，包括固定套管(1)，導流筒本體(2)，所述導流筒本體(2 )置于固定套管(I)中，其特征在于，所述導流筒本體(2 )的下端呈錐形，錐形小端的直徑小于坩堝蓋板(3)中心孔(11)的直徑，導流筒本體(2)的錐形下端能夠伸入坩堝蓋板(3)的下方。
2.根據(jù)權利要求1所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述導流筒本體(2)下端的錐度(10)，5° <錐度(10) <120°。
3.根據(jù)權利要求1或2所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述導流筒本體(2)下端與硅熔體(8)的距離(9)為30?200_。
4.根據(jù)權利要求1或2所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述導流筒本體(2)的材質(zhì)為石墨或炭-炭復合材料或鑰。
5.根據(jù)權利要求3所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述導流筒本體(2)的材質(zhì)為石墨或炭-炭復合材料或鑰。
6.根據(jù)權利要求1或2所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述坩堝蓋板(3)為炭-炭復合材料板或石墨板或鑰板。
7.根據(jù)權利要求3所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述坩堝蓋板(3)為炭-炭復合材料板或石墨板或鑰板。
8.根據(jù)權利要求4所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述坩堝蓋板(3)為炭-炭復合材料板或石墨板或鑰板。
9.根據(jù)權利要求1或2所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述坩堝蓋板(3)的厚度為2?15mm。
10.根據(jù)權利要求6所述多晶硅鑄錠爐的錐形導流筒結(jié)構，其特征在于:所述坩堝蓋板(3)的厚度為2?15_。
【文檔編號】C30B28/06GK203923456SQ201420322224
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】呂鐵錚 申請人:湖南大學