[发明专利]一种铸锭坩埚及铸锭装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸锭坩埚及铸锭装置。

背景技术

目前晶体硅太阳能电池占据着光伏产业的主导地位。而硅片的成本占到了单/多晶体硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的质量，对于光伏行业的发展有着极其重要的意义。

常规的多晶硅中，晶粒的随机取向使其难以对所得到的晶片表面进行纹饰。纹饰用于通过减少光反射和提高透过电池表面光能的吸收来提高电池效率。此外，多晶硅晶粒之间边界（晶界）上形成的“扭折”倾向于以簇或位错线形式成为结构缺陷的核，这些位错和位错的吸杂效应会引起多晶硅制成的电池中载流子快速复合，从而导致电池效率降低。铸造单晶硅技术是一种新型的单晶生长方式，这种方法采用与多晶铸锭炉类似的设备进行单晶硅的生长。铸造单晶硅的基本工艺过程是将硅熔体从石英坩埚底部开始缓慢冷却生长成一个单晶的方锭，而铸造单晶硅工艺与传统多晶硅铸锭工艺最大的不同在于铸造单晶硅工艺需要在石英坩埚底部排列一层籽晶，这种技术既具有单晶硅材料低缺陷、高转换效率的优点，又具有铸锭技术高产量、低能耗、低光致衰减的优点。简单地说，这种技术就是用多晶硅的成本，生产单晶硅的技术。通过铸锭单晶硅技术，可以使多晶铸锭炉生产出接近直拉单晶硅的准单晶。在不明显增加硅片成本的前提下，使电池效率提高1%以上。

铸造准单晶技术先把籽晶，硅料掺杂元素放置坩埚中，籽晶一般位于坩埚底部。随后加热融化硅料，并且保持籽晶不被完全融掉。最后控制降温，调节固液相的温度梯度，确保单晶从籽晶位置开始生长。这种技术的难点在于确保在第二步融化硅料阶段，籽晶不被完全融化，还有控制好温度梯度的分布，这个是提高晶体生长速度和晶体质量的关键。虽然铸造准单晶技术已经得到了产业化生产，但是目前仍然存在问题，即铸锭的良率目前较低，只有大约在40%~60%之间，主要是由于铸锭边角多晶的产生严重影响了铸锭的利用率。

传统铸造单晶的坩埚由石英制成，四周的壁厚基本相同，铸造单晶的制备过程如下：首先准备好籽晶与坩埚，将籽晶放在坩埚的底部，然后在籽晶的上方放入多晶硅与母合金，然后将石墨护板安装在坩埚的周围与底部，然后将其放入铸锭炉，经过加热、熔化、长晶、退火和冷却5个阶段后，即可取出铸锭。但目前的坩埚壁的保温效果并不好，在铸锭生长过程中坩埚的边角部位存在径向的散热，即径向的温度梯度，从而在铸锭的四周易产生多晶，因此得到的铸锭单晶的良率较低；若能在侧面形成向上温度梯度，则可以抑制侧面成核，形成全单晶。因此如何减少坩埚侧面的热传递系数，或者增大坩埚垂直方向的热传递系数，减小侧面热传递系数与垂直方向热传递系数的比例，提高铸锭的良率，成为一个需要解决的问题。

发明内容

为克服传统坩埚的侧面热传递较强导致铸锭良率降低的问题，本发明提供一种铸锭坩埚。

本发明的技术方案如下:

一种铸锭坩埚，包括侧壁和底部，其特征在于：所述侧壁分上部和下部，下部的隔热性能强于上部。

本发明的一种实施方式：侧壁的下部的厚度大于上部的厚度。

优选的实施例，侧壁的下部的厚度是从上到下向坩埚外部逐渐增加的。这样坩埚离底部越近的地方隔热性能越好，加强了垂直方向的热传导，并且不占用坩埚内部容量。

进一步的，侧壁下部外表面与垂直方向的角度为15度-45度，使用效果较佳。

优选的实施例，侧壁的下部厚度处处相等，以方便加工。

本发明另一种实施方式，侧壁的下部与上部的厚度一样，制作下部的材料的隔热系数大于制作上部的材料的隔热系数。

优选的，制作所述侧壁的上部的材料为石英，制作所述侧壁的下部的材料为氧化锌、氧化锆或者碳化硅制成。氧化锌、氧化锆或者碳化硅这些材料的隔热性能好，并且耐高温。

优选的，所述侧壁下部的高度与铸锭的高度相等，利于抑制径向温度梯度，同时加强垂直方向的散热。

优选的，所述侧壁的上部和下部的高度比为1:1，以适应多数情况下的铸锭与坩埚的高度比例。

本发明还提供一种铸锭装置，包括铸锭坩埚、坩埚护板和底座，坩埚护板包括底板和侧板，所述底座包括上平面部分，所述铸锭坩埚为如前文各实施例或实施方式所述的任意一种铸锭坩埚，坩埚护板的底板和底座的上平面部分都是同一种金属材料钨或者钼制成，并且通过焊接或整体铸造的方式连接在一起。这种铸锭装置大大增强了坩埚护板和底座之间的热传导。