專利名稱：一種鑄錠爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于鑄錠爐的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有新型隔熱裝置的鑄錠爐。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電是目前發(fā)展最快的可持續(xù)能源利用的形式之一，近些年來在各國都得到了迅速的發(fā)展。目前，應(yīng)用最為普遍的是晶體硅太陽能電池，現(xiàn)有的晶體硅太陽能電池主要由單晶硅片或多晶硅片制成。單晶硅太陽能電池片轉(zhuǎn)換效率高，成品質(zhì)量好，然而單晶硅片同時也存在制備成本高、產(chǎn)量低的缺點。相比于單晶娃，定向凝固鑄造法生產(chǎn)的多晶硅的成本較低，生產(chǎn)周期較短并且產(chǎn)量也較大，然而，其也存在缺點，如在鑄錠的過程中仍舊需要耗費大量的電能，所以降低能耗是目前多晶硅片的鑄錠工藝中的面臨的主要任務(wù)之
ο鑄錠爐是一種硅的定向凝固設(shè)備，其功能是將單晶硅或多晶硅按照設(shè)定工藝經(jīng)過熔化、定向結(jié)晶、退火、冷卻幾個階段后成為有一定晶體生長方向的硅錠。通過合理地設(shè)計鑄錠爐內(nèi)加熱器的功率分布，隔熱材料的位置、厚度分布等，可以改變最終單晶硅錠或多晶硅錠的晶體生長方向。然而，從生產(chǎn)的角度看，鑄錠爐卻是一種能耗較高、工時較長的生產(chǎn)設(shè)備，在同樣的晶體方向及晶體尺寸條件下，縮短工時、減少能耗是希望得到改善的。在現(xiàn)有的鑄錠爐中，下隔熱板始終與熱交換塊隔離開且中間沒有任何其他的隔熱元件，這樣，在熔化階段坩堝中的硅溶液會不可避免地通過熱交換塊向下散熱而浪費熱能并使工作時間加長，難以實現(xiàn)上述需求。另外，目前，以上述鑄錠爐生產(chǎn)單晶硅或多晶硅的過程中，尤其對于單晶硅來說，在其熔化過程中，固液界面呈凸形，這不利于靠近坩堝邊緣的單晶籽晶保護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型對原有的鑄錠爐進(jìn)行了一定的改進(jìn)。提供了一種新型鑄錠爐，其具有輔助隔熱板，應(yīng)用這種鑄錠爐可以降低硅熔化過程中的能耗，并且當(dāng)其用于多晶硅或單晶硅生產(chǎn)時，可以使硅熔化過程中的固液界面變平，尤其當(dāng)用于單晶硅的生產(chǎn)時，有利于籽晶剩余厚度的均勻性，并可以減少單晶籽晶的原始厚度，節(jié)約成本。本實用新型通過下列技術(shù)方案解決上述問題一種鑄錠爐，其包括上爐體、下爐體，上爐體和下爐體形成爐室；在爐室內(nèi)，隔熱籠通過提升件活動連接在上爐體上，熱交換臺和下隔熱板上下間隔開地通過支柱固定在下爐體上并將熱交換臺置于隔熱籠內(nèi)，頂隔熱板通過電極固定于上爐體上，電極從頂隔熱板的底部延伸出來并固定有加熱器，在隔熱籠內(nèi)，坩堝位于熱交換臺上，加熱器靠近坩堝的上部和側(cè)部設(shè)置；在爐室內(nèi)，還具有輔助隔熱板，設(shè)于下隔熱板之上和熱交換臺之下，并通過絲桿活動連接在下爐體上，在熔化階段時， 隔熱籠、頂隔熱板和下隔熱板形成一封閉腔，輔助隔熱板緊鄰熱交換臺，在長晶階段時，隔熱籠在提升件的作用下向上運動使得隔熱籠與下隔熱板間隔開，輔助隔熱板在絲桿的作用下向下運動使得輔助隔熱板緊鄰于下隔熱板。
3[0007]在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，熱交換塊的底部周邊設(shè)置有環(huán)狀的隔熱條，其與輔助隔熱板在熔化階段時相適配。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，該提升件為絲桿。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，該熱交換臺為石墨助凝塊。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，該鑄錠爐還具有坩堝護(hù)板，其用于包圍所述坩堝。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，該鑄錠爐是用于多晶硅的熔化-凝固設(shè)備，可選擇地，該鑄錠爐也可以用于單晶硅的生產(chǎn)。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，隔熱籠是由起支撐作用的鋼架和起保溫作用的碳?xì)纸M成，輔助隔熱板所用的材料與隔熱籠主體部分的材料一致。在本實用新型的一種優(yōu)選實施方式中，該坩堝由內(nèi)部石英坩堝和外部石墨坩堝組成。本實用新型中，在加熱階段，輔助隔熱板與熱交換塊接觸，其能夠減少坩堝內(nèi)的硅溶液通過熱交換塊中部向下進(jìn)行熱擴(kuò)散而導(dǎo)致的熱量損失，因此，當(dāng)本實用新型所公開的鑄錠爐用于單晶硅或多晶硅的生產(chǎn)時，可以使熔化階段固液界面較平，尤其當(dāng)用于單晶硅的生產(chǎn)時，有利于坩堝中間和四周的單晶籽晶的厚度均勻，從而提高單晶硅的成晶率。在長晶階段，輔助隔熱板向下打開，與下隔熱板接觸，可以加快坩堝內(nèi)的硅溶液從熱交換塊的中間散熱。

為了解釋本實用新型，將在下文中參考附圖描述其示例性實施方式，附圖中圖1是本實用新型的鑄錠爐在硅熔化階段時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的鑄錠爐在硅長晶階段時的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖中的標(biāo)記為1上爐體 2隔熱籠3提升桿5加熱器 6電極7下爐體9下隔熱板 10熱交換塊 11環(huán)狀隔熱條13坩堝 14輔助隔熱板15連接絲桿17 硅
具體實施方式
如圖1所示，該鑄錠爐包括上爐體1，隔熱籠2，提升桿3，頂隔熱板4，加熱器5，電極6，下爐體7，石墨支柱8，下隔熱板9，熱交換塊10，環(huán)狀隔熱條11，坩堝護(hù)板12，坩堝13， 輔助隔熱板14，絲桿15。其中，在下爐體7內(nèi)的中心位置處可轉(zhuǎn)動地連接有絲桿15，下隔熱板9和熱交換塊10以從下到上的順序支撐在石墨支柱8上。絲桿15在爐體外的部分可以由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動進(jìn)而使得輔助隔熱板14相對下隔熱板9上下運動，在絲桿15的作用下，輔助隔熱板14具有這樣的移動范圍，即，向上與熱交換塊10接觸以及與向下與下隔熱板9接觸。提升桿3的兩端分別以絲桿滑塊的形式連接于上爐體1和隔熱籠2，使得隔熱籠2通過提升桿3固定在上爐體1上，提升桿3可以被外接驅(qū)動機(jī)構(gòu)所驅(qū)動進(jìn)而帶動隔熱籠2上下
4頂隔熱板 8石墨支柱 12坩堝護(hù)板 16管道運動以控制隔熱籠2相對下隔熱板9在爐體內(nèi)的升降。從圖1中可以看出，隔熱籠2的底部具有與下隔熱板9的頂部邊緣相適配的形狀，這樣，在提升桿3的作用下，當(dāng)隔熱籠2處于最低位置時，隔熱籠2和下隔熱板9剛好配合在一起。頂隔熱板4和加熱器5通過電極 6懸掛在上爐體1上并固定不動，頂隔熱板4的中央設(shè)有管道16，經(jīng)由該管道16，可以向爐內(nèi)充入氬氣。在隔熱籠2、下隔熱板9和頂隔熱板4形成的容腔中，坩堝護(hù)板12的內(nèi)壁緊貼著坩堝13的外壁并被承載于熱交換塊10上。其中，坩堝13內(nèi)容納有待加熱的硅17，加熱器5靠近坩堝13的頂部和側(cè)部布置，另外，熱交換塊10的底部周邊還固定有環(huán)狀隔熱條 11。再參考圖1，在通過加熱器5對坩堝13內(nèi)的硅17進(jìn)行加熱熔化的階段，隔熱籠2、 頂隔熱板4和下隔熱板9形成封閉的加熱腔，輔助隔熱板14和環(huán)狀隔熱條11配合以阻止硅溶液通過坩堝13和熱交換塊10向下傳熱，以盡量避免由坩堝13內(nèi)的硅溶液通過熱交換塊10向下散熱而導(dǎo)致的熱量損失。當(dāng)用于單晶硅或多晶硅的鑄造生產(chǎn)時，尤其當(dāng)用于單晶硅的鑄造生產(chǎn)時，由于輔助隔熱板14和環(huán)狀隔熱條11配合將隔熱籠2內(nèi)的加熱腔分為上下兩個腔室并使得坩堝13內(nèi)的硅溶液很難通過熱交換塊10向下腔室傳熱，因此，相對于沒有輔助隔熱板14和環(huán)狀隔熱條11的配合結(jié)構(gòu)來說，坩堝13內(nèi)的硅溶液的熱梯度更小，從而可以使熔化階段固液界面較平，有利于坩堝13中間和四周的單晶籽晶厚度的均勻，從而提高成晶質(zhì)量。如圖2所示，在釋放熱量的長晶階段，在提升桿3的作用下，隔熱籠2向上運動使得在隔熱籠2和下隔熱板9之間出現(xiàn)了通往由上爐體1和下爐體7所形成的爐體的間隙， 同時，輔助隔熱板14在絲桿15的作用下向下打開，與下隔熱板9接觸。這樣，可以加快坩堝13內(nèi)的硅溶液從熱交換塊10中間散熱。本實用新型中的具有輔助隔熱板的鑄錠爐，在加熱熔化過程中，該輔助隔熱板可以阻止熱量通過熱交換塊向下擴(kuò)散從而可以降低鑄錠工藝中的能耗。當(dāng)本結(jié)構(gòu)用于鑄造單晶硅的生產(chǎn)時，可以使熔化階段固液界面較平，有利于處于坩堝中間和四周的單晶籽晶的厚度均勻，從而提高單晶硅質(zhì)量，有利于籽晶剩余厚度的均勻性，并可以減少單晶籽晶的原始厚度，節(jié)約成本。上述描述雖然對本實用新型作了比較詳細(xì)的說明，但是這些只是說明性的，而不是對本實用新型進(jìn)行限制，應(yīng)當(dāng)可以理解，在本實用新型實質(zhì)精神內(nèi)對某一部件或部件的組合所作的任何改變或變型，均落入本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鑄錠爐，其包括上爐體、下爐體，所述上爐體和所述下爐體形成爐室；在所述爐室內(nèi)，隔熱籠通過提升件活動連接在所述上爐體上，熱交換臺和下隔熱板上下間隔開地通過支柱固定在所述下爐體上并將所述熱交換臺置于所述隔熱籠內(nèi)，頂隔熱板通過電極固定于所述上爐體上，所述電極從所述頂隔熱板的底部延伸出來并固定有加熱器，在所述隔熱籠內(nèi)，坩堝位于所述熱交換臺上，所述加熱器靠近所述坩堝的上部和側(cè)部設(shè)置；其特征在于，在所述爐室內(nèi)，還具有輔助隔熱板，設(shè)于所述下隔熱板之上和所述熱交換臺之下，并通過絲桿活動連接在所述下爐體上；在熔化階段時，所述隔熱籠、所述頂隔熱板和所述下隔熱板形成一封閉腔，所述輔助隔熱板緊鄰所述熱交換臺；在長晶階段時，所述隔熱籠在所述提升件的作用下向上運動使得所述隔熱籠與所述下隔熱板間隔開，并且所述輔助隔熱板在所述絲桿的作用下向下運動使得所述輔助隔熱板緊鄰于所述下隔熱板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄錠爐，其特征在于，所述熱交換塊的底部周邊設(shè)置有環(huán)狀的隔熱條，其與所述輔助隔熱板在熔化階段時相適配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄錠爐，其特征在于，所述提升件為絲桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄錠爐，其特征在于，所述熱交換臺為石墨助凝塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄錠爐，其特征在于，還具有坩堝護(hù)板，其用于包圍所述坩禍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鑄錠爐，其特征在于，所述鑄錠爐是用于單晶硅或多晶硅的熔化-凝固設(shè)備。
專利摘要本實用新型公開了一種鑄錠爐，其中，隔熱籠通過提升件活動連接在上爐體上，熱交換臺和下隔熱板上下間隔開地通過支柱固定在下爐體上并將熱交換臺置于隔熱籠內(nèi)，頂隔熱板通過電極固定于上爐體上，所述電極從頂隔熱板的底部延伸出來并固定有加熱器，在爐室內(nèi)，還具有設(shè)于下隔熱板之上和熱交換臺之下的輔助隔熱板，其通過絲桿活動連接在所述下爐體上。在加熱階段，輔助隔熱板與熱交換塊接觸，減少硅溶液通過熱交換塊向下散熱而導(dǎo)致的熱量損失。當(dāng)本結(jié)構(gòu)用于單晶硅的生產(chǎn)時，可以使熔化階段固液界面較平，有利于坩堝中間和四周的單晶籽晶厚度均勻，從而提高單晶硅質(zhì)量。在長晶階段，輔助隔熱板打開，與下隔熱板接觸，可以加快硅溶液通過熱交換塊散熱。
文檔編號C30B35/00GK202208779SQ201120268299
公開日2012年5月2日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者武鵬, 胡亞蘭, 陳偉 申請人:江蘇協(xié)鑫硅材料科技發(fā)展有限公司