本實(shí)用新型涉及坩堝領(lǐng)域，更具體的是涉及一種高純度多晶硅鑄錠坩堝。

背景技術(shù)：

目前晶體硅太陽(yáng)能電池占據(jù)著光伏產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位。而硅片的成本占到了單/多晶體硅成本的一半以上，因此降低硅片的成本，提高硅片的質(zhì)量，對(duì)于光伏行業(yè)的發(fā)展有著極其重要的意義。近年來(lái)，由于鑄造多晶硅較直拉單晶硅具有低成本、低能耗等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為主要的光伏材料，其市場(chǎng)份額也日益增大。

但由于鑄錠過(guò)程中加熱器、隔熱籠以及石墨護(hù)板等大量碳材料的使用，引入大量碳雜質(zhì)，高溫下，石墨部件與氧、石英坩堝等發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的CO和SiO等氣體通過(guò)內(nèi)部氣流進(jìn)入硅熔體中，極易被熔硅吸收，從而引入碳氧雜質(zhì)，最終導(dǎo)致多晶硅中有較高的碳和氧含量，常規(guī)鑄錠中硅錠氧的濃度為1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以間隙態(tài)存在呈過(guò)飽和狀態(tài)。如果氧濃度過(guò)高就容易形成熱施主或氧沉淀，成為復(fù)合中心或引入復(fù)合中心的二次缺陷，導(dǎo)致硅材料中少數(shù)載流子壽命降低，直接影響到太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率。而高濃度的碳可在硅熔體中形成SiC顆粒，影響硅錠的有效利用率。

還有由于硅的熔點(diǎn)較高，精煉與鑄錠耗時(shí)較長(zhǎng)，在高溫下硅液與坩堝之間長(zhǎng)時(shí)間接觸不可避免將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于熔融的硅熔體與坩堝在高溫環(huán)境下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，存在以下缺點(diǎn)：1對(duì)石英坩堝內(nèi)壁產(chǎn)生侵蝕，降低了石英坩堝耐高溫的能力，2可導(dǎo)致氧元素及其它雜質(zhì)元素溶入硅液中，使硅液受到污染，影響硅晶體的電學(xué)性能；3反應(yīng)可導(dǎo)致硅錠與坩堝發(fā)生粘連，給脫模造成困難；4由于硅晶體與坩堝材料的熱膨脹系數(shù)不同，粘連的硅錠與坩堝之間產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致晶體缺陷的產(chǎn)生，甚至使硅錠及坩堝產(chǎn)生裂紋。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有多晶硅鑄錠過(guò)程中碳氧含量高，熔融的硅熔體易于坩堝發(fā)生反應(yīng)，造成降低硅晶體品質(zhì)及損壞坩堝的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種高純度多晶硅鑄錠坩堝。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述目的具體采用以下技術(shù)方案：

一種高純度多晶硅鑄錠坩堝，包括石英坩堝本體，還包括用于保護(hù)石英坩堝本體的組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)，石英坩堝本體放置在組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)內(nèi)部，組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)上方設(shè)置有護(hù)蓋，護(hù)蓋上設(shè)置有惰性氣體入口和惰性氣體出口，石英坩堝本體內(nèi)壁設(shè)置有碳酸鋇涂層。

加熱時(shí)碳酸鋇涂層會(huì)分解形成氧化鋇，氧化鋇又會(huì)與石英坩堝反應(yīng)形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結(jié)晶層，對(duì)石英坩堝起到保護(hù)作用，防止硅液與坩堝之間的化學(xué)反應(yīng)，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強(qiáng)度，減少高溫軟化現(xiàn)象，保證了硅晶體的電學(xué)性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復(fù)使用成為可能，從而降低生產(chǎn)成本。

組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)的設(shè)置能夠避免生產(chǎn)過(guò)程中石英坩堝破裂導(dǎo)致硅液流出而出現(xiàn)爐體燒壞的危險(xiǎn)。

惰性氣體入口和惰性氣體出口的設(shè)置可以改變氣體的流動(dòng)方式，惰性氣進(jìn)入石英坩堝本體后，可以得到均勻的分散，能夠有效地將鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進(jìn)入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質(zhì)碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

進(jìn)一步地，組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)為圓筒狀，組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)頂部設(shè)置有環(huán)狀凸臺(tái)，護(hù)蓋下表面設(shè)置有與環(huán)狀凸臺(tái)對(duì)應(yīng)的環(huán)狀定位槽，環(huán)狀定位槽和環(huán)狀凸臺(tái)的設(shè)置方便了護(hù)蓋的定位和安裝，防止護(hù)蓋錯(cuò)位。

進(jìn)一步地，所述的惰性氣體入口處設(shè)置有進(jìn)氣管道，惰性氣體出口出設(shè)置有出氣管道，進(jìn)氣管道和出氣管道的材質(zhì)均為石墨管。

進(jìn)一步地，所述組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)包括底板和設(shè)置在底板邊緣的側(cè)板，所述側(cè)板包括上板和下板，下板的隔熱性能強(qiáng)于上板。

下板的隔熱性能強(qiáng)于上板，使坩堝內(nèi)部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內(nèi)部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產(chǎn)生，提高了垂直方向的熱傳遞系數(shù)，減小了側(cè)面熱傳遞系數(shù)與垂直方向熱傳遞系數(shù)的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

進(jìn)一步地，所述上板材質(zhì)為石墨，下板的材料為氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅，下板外表面與垂直方向的角度為5～20°。

進(jìn)一步地，所述上板上設(shè)置有多個(gè)溢流孔。

進(jìn)一步地，所述石英坩堝本體呈圓形結(jié)構(gòu)，石英坩堝本體包括底部圓盤和側(cè)壁，所述底部圓盤和側(cè)壁之間為弧形過(guò)度。

碳酸鋇涂層的厚度在1～2mm或之間，弧形過(guò)度保證了石英坩堝內(nèi)表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長(zhǎng)了石英坩堝的使用時(shí)間。

這種鑄錠裝置大大增強(qiáng)了坩堝護(hù)板和底座之間的熱傳導(dǎo)

進(jìn)一步地，石英坩堝本體與組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有柔性耐磨墊，柔性耐磨墊的設(shè)置有效防止石英坩堝本體在組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)內(nèi)移動(dòng)產(chǎn)生磨痕，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致石英坩堝本體破碎。

本實(shí)用新型的有益效果如下：

1.加熱時(shí)碳酸鋇涂層會(huì)分解形成氧化鋇，氧化鋇又會(huì)與石英坩堝反應(yīng)形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結(jié)晶層，對(duì)石英坩堝起到保護(hù)作用，防止硅液與坩堝之間的化學(xué)反應(yīng)，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強(qiáng)度，減少高溫軟化現(xiàn)象，保證了硅晶體的電學(xué)性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復(fù)使用成為可能，從而降低生產(chǎn)成本。

2.惰性氣體入口和惰性氣體出口的設(shè)置可以改變氣體的流動(dòng)方式，能夠有效地將鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進(jìn)入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質(zhì)碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

3.下板的隔熱性能強(qiáng)于上板，使坩堝內(nèi)部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內(nèi)部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產(chǎn)生，提高了垂直方向的熱傳遞系數(shù)，減小了側(cè)面熱傳遞系數(shù)與垂直方向熱傳遞系數(shù)的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

4.弧形過(guò)度保證了石英坩堝內(nèi)表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長(zhǎng)了石英坩堝的使用時(shí)間。

5.柔性耐磨墊的設(shè)置有效防止石英坩堝本體在組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)內(nèi)移動(dòng)產(chǎn)生磨痕，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致石英坩堝本體破碎。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是護(hù)蓋的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是石英坩堝本體與碳酸鋇涂層的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖標(biāo)記：1-石英坩堝本體，2-碳酸鋇涂層，3-護(hù)蓋，3-1-環(huán)狀定位槽，3-2-惰性氣體出口，3-3-惰性氣體入口，4-出氣管道，5-進(jìn)氣管道，7-組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)，7-1-底板，7-2-側(cè)板，7-2.1-上板，7-2.2-下板，8-溢流孔，9-環(huán)狀凸臺(tái)，10-柔性耐磨墊。

具體實(shí)施方式

為了本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和以下實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

如圖1到4所示，本實(shí)施例提供一種高純度多晶硅鑄錠坩堝，包括石英坩堝本體1，其特征在于，還包括用于保護(hù)石英坩堝本體1的組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7，石英坩堝本體1放置在組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7內(nèi)部，組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7上方設(shè)置有護(hù)蓋3，護(hù)蓋3上設(shè)置有惰性氣體入口3-3和惰性氣體出口3-2，石英坩堝本體1內(nèi)壁設(shè)置有碳酸鋇涂層2。

本實(shí)施例中，加熱時(shí)碳酸鋇涂層會(huì)分解形成氧化鋇，氧化鋇又會(huì)與石英坩堝反應(yīng)形成硅酸鋇，最終石英坩堝表面形成一層致密微小的硅酸鋇方石英結(jié)晶層，對(duì)石英坩堝起到保護(hù)作用，防止硅液與坩堝之間的化學(xué)反應(yīng)，改善石英坩堝的使用壽命，還能增加石英剛坩堝的強(qiáng)度，減少高溫軟化現(xiàn)象，保證了硅晶體的電學(xué)性能，還有利于脫模，使石英坩堝的重復(fù)使用成為可能，從而降低生產(chǎn)成本。

組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)的設(shè)置能夠避免生產(chǎn)過(guò)程中石英坩堝破裂導(dǎo)致硅液流出而出現(xiàn)爐體燒壞的危險(xiǎn)。

惰性氣體入口和惰性氣體出口的設(shè)置可以改變氣體的流動(dòng)方式，惰性氣進(jìn)入石英坩堝本體后，可以得到均勻的分散，能夠有效地將鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等氣體迅速地帶走，從而大大降低上述氣體進(jìn)入熔體硅中的幾率，可以有效地降低多晶硅鑄錠中的非金屬雜質(zhì)碳和氧的含量，提高多晶硅的純度。

實(shí)施例2

本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步優(yōu)化，具體是：

組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7為圓筒狀，組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7頂部設(shè)置有環(huán)狀凸臺(tái)9，護(hù)蓋3下表面設(shè)置有與環(huán)狀凸臺(tái)9對(duì)應(yīng)的環(huán)狀定位槽3-1。

所述的惰性氣體入口3-3處設(shè)置有進(jìn)氣管道5，惰性氣體出口3-2出設(shè)置有出氣管道4，進(jìn)氣管道5和出氣管道4的材質(zhì)均為石墨管。

所述組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7包括底板7-1和設(shè)置在底板7-1邊緣的側(cè)板7-2，所述側(cè)板7-2包括上板7-2.1和下板7-2.2，下板7-2.2的隔熱性能強(qiáng)于上板7-2.1。

所述上板7-2.1材質(zhì)為石墨，下板7-2.2的材料為氧化鋅、氧化鋯或者碳化硅，下板7-2.2外表面與垂直方向的角度為5～20°。

本實(shí)施例中，下板的隔熱性能強(qiáng)于上板，使坩堝內(nèi)部徑向傳熱被抑制，而更利于垂直方向的傳熱，可以明顯改善硅液內(nèi)部傳熱的效果，抑制橫向熱流的產(chǎn)生，提高了垂直方向的熱傳遞系數(shù)，減小了側(cè)面熱傳遞系數(shù)與垂直方向熱傳遞系數(shù)的比例，有利于多晶硅的均勻形成。

弧形過(guò)度保證了石英坩堝內(nèi)表面碳酸鋇涂層薄厚均勻，涂層粘貼牢靠，有效地延長(zhǎng)了石英坩堝的使用時(shí)間。

實(shí)施例3

本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步優(yōu)化，具體是：

所述上板7-2.1上設(shè)置有多個(gè)溢流孔8。

所述石英坩堝本體1呈圓形結(jié)構(gòu)，石英坩堝本體1包括底部圓盤和側(cè)壁，所述底部圓盤和側(cè)壁之間為弧形過(guò)度，所述石英坩堝本體的側(cè)壁從上到下逐漸變厚，側(cè)壁最厚處是最薄處的4/5。

石英坩堝本體1與組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)7之間設(shè)置有柔性耐磨墊10。

本實(shí)施例中，柔性耐磨墊的設(shè)置有效防止石英坩堝本體在組合式護(hù)板機(jī)構(gòu)內(nèi)移動(dòng)產(chǎn)生磨痕，長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致石英坩堝本體破碎。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本實(shí)用新型的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。