[发明专利]一种高效多晶硅锭铸锭炉

说明书

技术领域

    本发明涉及多晶硅锭铸锭技术，具体是一种受热均匀、熔硅均匀的高效多晶硅锭铸锭炉。

背景技术

众所周知，能源是国民经济的命脉，是许多国家制定全球战略的首要问题。然而今天，

能源短缺和环境问题已成为全球能源问题的主题。如何有效开发利用清洁无污染的可再生能源就成为人类的一件迫在眉睫的事情。太阳能是取之不尽用之不绝的绿色能源，在太阳能的利用中，光电转换应用最为广泛，光伏电池是目前市场上最主要的一种产品，它以多晶硅作为基材，故硅晶体的制备是光伏电池的基础。

多晶硅铸锭炉是一种硅原料重熔再结晶设备，用于生产太阳能级多晶硅锭。在实际生产中，经过加热熔化、定向长晶、退火、冷却等步骤，将多晶硅原料制备成沿一定方向生长的多晶硅锭。硅原料重熔再结晶过程是在多晶硅铸锭炉的热场中进行，它由隔热笼组件、石墨加热器、DS散热块等零部件组成。热场不仅为多晶硅熔化提供所需的热能，在长晶过程中又提供一个温度梯度场，从而形成定向凝固。高品质多晶硅锭的生产，关键就在于能否精确地控制热场内的温度梯度，形成一个理想的固液界面条件。

然而，现有的多晶硅铸锭炉热场设计存在较大的缺陷，难以获得合理的温度分布，很难使固液界面达到理想状态，从而影响了多晶硅锭的品质。

现有技术的技术方案：现有的多晶硅铸锭炉内部热场大多由隔热笼组件、石墨加热器、DS散热块等零部件组成，在实际生产过程中，炉内温场通过这些零部件共同作用形成。目前，生产所用的石墨加热器整体宽度和厚度相同，从而各部位具有相同的供热能力；坩埚护板和底板均为等静压石墨板，各部位的导热能力相同；而现用的DS散热块呈台阶状，顶部四周均空出一部分，铸锭时空缺部分用与台阶尺寸相同的隔热保温条填充；再通过上下移动隔热笼体，达到开启和闭合隔热笼体的目的，进而调节炉内温场分布，实现高效多晶铸锭过程。

现有技术的缺点：现有的多晶硅铸锭炉内部热场设计，由于石墨加热器各部位供热能力相同、坩埚护板和底板各部位的导热能力相同，而与底板接触的DS散热块和保温条的导热能力不同，保温条具有隔热保温的作用，加之坩埚四周和顶部均有供热能力相同的石墨加热器供热，从而导致坩埚四周的温度高于坩埚中部，使得温度梯度分布不均，如图6所示，造成熔化界面和长晶界面中心向上凸起，且中心上凸现象自坩埚顶部到底部越来越明显，晶体内部杂质就会偏聚或沉淀，改变晶界的电活性，显著降低少数载流子的寿命，极大的影响了高效多晶硅锭的品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效多晶硅锭铸锭炉，旨在解决高效多晶硅锭铸锭过程中熔化和长晶阶段固液界面中心上凸现象，使径向温度梯度趋向于零，提升高效多晶硅锭的品质。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：一种高效多晶硅锭铸锭炉，包括炉体、设置在炉体内的隔热笼体、设置在隔热笼体内的石英坩埚，石英坩埚底面贴附有底板，底板主要由至少2种不同导热系数的板体构成，导热系数小的板体嵌套在导热系数大的板体内部。

本发明的设计原理为：由于原有的底板的每个区域的散热能力相同，因此加热器各部位供热能力相同的情况下，石英坩埚四周和顶部均有供热能力相同的石墨加热器供热，从而导致坩埚四周的温度高于石英坩埚中部石英坩埚，使得温度梯度分布不均。为了解决这个问题，本发明采用至少2种不同导热系数的板体构成底板，采用导热系数小的板体嵌套在导热系数大的板体内部的方式形成可在不同区域导热量不同的底板，当将上述改进后的底板放置在石英坩埚底面后，由于导热系数小的板体嵌套在导热系数大的板体内部，因此石英坩埚底面中心区域的散热效率低下，而石英坩埚周围区域对应导热系数大的板体，因此石英坩埚周围区域的散热效率高，这样使得石英坩埚周围区域和熔化速度下降，保证石英坩埚中心区域的熔化速度增加，如此一来可使得石英坩埚内部的固态硅料熔化的速度在任何一个点位的都趋于一致。以达到温度梯度分布均匀的目的。

优选的，底板主要由3种不同导热系数的板体构成，分别为：板体A、板体B、板体C，板体A的导热系数＜板体B的导热系数＜板体C导热系数，板体A嵌套在板体B内，板体B嵌套在板体C内。还可以优选的，底板主要由4种不同导热系数的板体构成，分别为：板体A、板体B、板体C、板体D，板体A的导热系数＜板体B的导热系数＜板体C导热系数＜板体D导热系数，板体A嵌套在板体B内，板体B嵌套在板体C内，板体C嵌套在板体D内。