[发明专利]一种多晶硅铸锭炉助凝块内进气气冷装置及多晶硅铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种多晶硅铸锭炉，尤其是涉及一种多晶硅铸锭炉助凝块内进气气冷装置，及包括所述助凝块内进气气冷装置的多晶硅铸锭炉。

技术背景

硅晶体的生长，一般分为多晶铸锭，单晶提拉以及区熔生长三种方法，随着晶体硅光伏产品的大规模应用，太阳能级晶体硅片产业的不断发展成熟，硅片作为原材料，其价格逐渐回落，造成硅片生产厂家利润空间不断压缩。提高硅片质量，降低加工成本成为摆在所有太阳能硅片生产厂家面前的问题。晶体硅光伏发电的产业链包含从硅料-硅片-电池-组件-系统的过程，其中硅片的生产主要由晶体生长及晶体切割两大块，而晶体生长是制造高质量硅片的根本。在晶体硅光伏发电中，多晶定向凝固由于成本低，产量大，逐渐成为硅片生产的主流技术，但是由于其存在的晶体缺陷，杂质等因素，使得多晶电池的转换效率始终和单晶电池有一定的差距。改进多晶铸锭的生长方法，已经成为当前多晶硅片改进的主要方向。多晶铸锭与单晶提拉方法的不同之处在于，提拉生长拥有子晶，后续引晶，等径等步骤都是基于子晶来完成，所以晶体具有一定的晶向，而多晶铸锭中成核是一个根据热力学随机成核的过程，多晶硅锭的结构每次都不尽相同。硅材料的不同晶向对载流子的复合能力以及杂质缺陷的接受能力不同，其中硅的〈110〉和〈112〉的孪晶结构由于原子排列密集，界面能低等原因，杂质缺陷沉淀得少，且载流子的复合很弱，因此少子寿命（即载流子寿命）相对较高，该部分非常适合用来做电池的基底硅片。

其中多晶铸锭为典型的熔体固化的生长方法：多晶硅原料先在高温下被加热熔化成熔体，然后通过底部冷却，向上定向凝固开始晶体生长，其生长过程相对缓慢，在生长完成后，晶体进行退火冷却到常温。研究显示，为了形成适宜的〈110〉和〈112〉的硅孪晶结构，需要在结晶成核的过程中形成一定的过冷度，通常为低于熔点10-100K之间。

目前，大部分多晶硅铸锭炉开始进行铸锭量扩大的升级改造，即在保持现有铸锭炉的炉体结构不变的情况下，扩大热场，由原来的G5型锭升级到G6，G7型锭。G5，G6，G7分别指硅锭的重量，G5指该硅锭由5x5=25个相同重量的小硅块组成，类推之，则G6，G7的产量分别比G5提高44%、96%。通过改造，可以提高铸锭的产量及降低硅片的单位成本，降低光伏发电的每瓦成本。但是由于改造后炉体尺寸不变，改造后锭的重量分别提高44%，96%，需要热场底部散热能力也相应提高，利用现有隔热笼提升技术的散热能力仅仅少量提高，所以将会使得铸锭过程中的凝固速度大大降低。如目前G5型铸锭的凝固时间约为25小时，但是G6型铸锭的凝固时间达到了40小时左右，而G7型铸锭的凝固时间更长。这样无形中增加了硅片生产的成本，同时由于凝固过程中，硅料大部分仍处于高温熔化状态，也增加了漏硅的风险。此外，由于硅锭与坩埚接触时间长，也会造成氧一定的扩散污染，使得晶体质量下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种多晶硅铸锭炉助凝块内进气气冷装置，包括有该气冷装置的多晶硅铸锭炉，助凝块的散热能力强，进行多晶硅铸锭时，长晶速度快，晶体产品质量高。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种铸锭炉助凝块内进气气冷装置，包括炉顶盖、助凝块，还设有进气管盖、内进气管I、内进气管II、内进气管III、内进气管IV；所述内进气管I进气端穿过进气管盖的小进气孔；所述内进气管I、内进气管II、内进气管III和内进气管IV依次连接，内进气管IV伸入助凝块中心孔内。

进一步，为了控制通、断冷却气体，在所述炉顶盖上设置有锥形棒，所述锥形棒的锥形端能够伸入内进气管I的进气口内，且锥形棒的直径大于内进气管I的内径。由于锥形棒的直径大于内进气管I的内径，形棒的端部锥面与内进气管I的进气口接触能够实现切断内进气管I的进气，当锥形棒的端部锥面与内进气管I的进气口分离时，能够实现内进气管I的通气。

进一步，所述锥形棒与炉顶盖之间为轴向滑动密封。

进一步，所述锥形棒为石英棒。

进一步，为了对内进气管I与进气管盖进一步密封及进气管盖对内进气管I支撑作用，在所述内进气管I进气端设有螺纹，通过螺纹连接有螺母，此螺母为石墨螺母或炭-炭复合材料螺母。

进一步，为了使引入助凝块的冷却气体流动顺畅，在所述助凝块顶部设置有导气槽，所述导气槽的宽度为20~500mm，深度为0.5~20mm。

进一步，下炉体在进出坩埚时处在开炉状态，所述内进气管II为不锈钢金属软管。

进一步，为了安装拆卸的方便，在所述内进气管III与内进气管IV连接处设置有活接头。