[发明专利]一种晶硅铸锭炉双腔室热场及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶硅铸锭炉热场领域，具体地说是一种晶硅铸锭炉双腔室热场及其控制方法。

背景技术

多晶硅铸锭技术经历多年发展，由于其低耗高效且全自动的生产方式以及成品质量的不断提高，目前已经得到光伏行业的广泛认可。

影响太阳能电池效率的因素很多，对目前太阳能电池行业，电池转换效率即使增加0.1个百分点都是非常有意义的一项技术改进。高质量的电池硅片对晶粒的大小、均匀性，晶粒的形态结构以及晶界杂质含量的多少要求非常高，虽然这些要求或多或少都能通过铸锭工艺的摸索、改进有所提高，但很多时候也局限于铸锭炉热场的不可变性而不能动弹。

从技术以及成本的层面上看，虽然在效率和能耗等方面，多晶铸锭技术完全优于单晶直拉技术；但是多晶铸锭技术制得的电池片质量同单晶直拉技术相比还略显不足。为了缩小质量上的差距，本申请人已经开发出一种新型的准单晶铸锭热场，该项技术领先于国际先进水平，准单晶片制得的电池片转换效率最高可以达到18％(准单晶铸锭热场已申请专利，专利申请号为201010176628.9)。

在现阶段固定式热场的条件下，几乎所有铸锭炉设计模式都是关注晶体生长的成核阶段，只有良好的成核状况才能保证有一个较优的生长环境，而后期的生长只是在完成成核以后再进一步的尝试，一般来说能够控制晶体连续性就已经非常难得。

要突破晶体生长过程中头尾难以相顾的困境，本申请人也做了许多努力，通过反复计算以及更加深入的研究及实验，在准单晶热场上已经能保证良好的晶体生长连续性。但晶体生长到后期无法控制生长速度以及不够平整的固液界面问题还没能很好解决。所以说目前准单晶热场还存在着晶体熔化速度较慢，固液界面后期无法控制，晶体生长后期驱动力微弱的一些不足。

现有采用垂直温度梯度方法生长的多晶铸锭设备只能存在一个固定的热腔，想要兼顾各阶段工艺时间，整体能耗，晶体生长及界面控制非常困难。而最适合晶体生长的HEM铸锭炉由于坩埚存在上下移动的工程应用需求，无法在大规模铸锭生产上使用。如何解决这些弊端，就成为光伏铸锭行业的研究目标。

目前所有铸锭炉都是用固定热腔的设计，实际生产过程中存在无法兼顾晶体熔化和晶体生长工艺时间的弊端，同时一旦热场部件安装完成便只能使用固定的固液界面，无法在生长过程中不断修正固液界面，晶体生长可控性不强。

发明内容

为了克服以上现有技术存在的不足，本发明提供了一种晶硅铸锭炉双腔室热场，通过升降隔板来修正任何时刻的固液界面及硅熔体及固体的温度梯度，以实现最佳的晶体生长环境和控制固液界面的形状。

本发明采用的技术方案为：一种晶硅铸锭炉双腔室热场，包括绝热笼、设置于绝热笼内的加热器、用于放置坩埚的热交换台和用于热交换台与绝热笼外部间进行散热的热门，所述绝热笼的下方设有一水冷板或水冷炉壁，热交换台置于绝热笼内，其特征在于：所述绝热笼的内壁上设有一圈抵触在其上且能沿其升降的隔板，隔板由绝热材料制成，隔板位于绝热笼的内壁与热交换台外壁之间，位于热交换台两侧的隔板上均固接一吊杆，所述的吊杆上端穿过绝热笼与一升降驱动机构连接。本发明通过升降驱动机构(如气缸)来实现侧部隔板的升降，通过隔板的升降来修正任何时刻的固液界面及硅熔体的温度梯度。

本发明的隔板将热腔分割为两个部分，其中上部热腔是晶体生长过程中需要维持高温的区域，下部热腔是不再需要维持高温的区域，一般来说这个热腔空间连接底部散热结构。

通过升降隔板来修正任何时刻的固液界面及硅熔体及固体的温度梯度。通常情况下，固液界面控制调整可以按以下方式进行：当用户需要下凹的固液界面形状，那么隔板可以位于较高的位置；当用户需要上凸的固液界面形状，那么隔板可以位于较低位置。

实际准确的运行位置则由晶体生长工艺根据当时固液界面位置的测算决定，即隔板移动的最低位为绝热笼的底部，隔板移动的最高位由晶体生长工艺根据当时固液界面位置的测算决定。