隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐，隔熱裝置包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，根據(jù)鑄錠爐內熱區(qū)分布的特點，選擇隔熱能力不同的炭氈，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，避免出現(xiàn)石英坩堝各處籽晶熔化進度不一致的現(xiàn)象，從而保證了石英坩堝各處硅片的高轉換效率。多晶硅鑄錠爐采用隔熱裝置進行控制籽晶的熔化速度，而隔熱裝置包括至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，根據(jù)鑄錠爐內熱區(qū)分布的特點，選擇隔熱能力不同的炭氈，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，避免出現(xiàn)石英坩堝各處籽晶熔化進度不一致的現(xiàn)象，從而保證了石英坩堝各處硅片的高轉換效率。
【專利說明】隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多晶硅錠鑄錠領域，特別是涉及一種隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐。

【背景技術】
[0002]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，近年來在各國都得到了迅速的發(fā)展。目前，應用最為普遍使用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換效率高，成品質量好，但單晶硅片存在制備成本高、產量低的缺點。多晶硅片生產成本較單晶硅片低，生產周期短和產量大，但多晶硅片由于形核隨機，晶粒大小差異性大，晶界分布無序，位錯密度高，所以轉換效率低。目前多晶硅片主要是采用定向凝固法進行鑄錠，即將裝有硅料的石英坩堝放入鑄錠爐進行熔化長晶，在經過退火冷卻后即得到硅錠。為了提高硅片轉換效率，常采用在石英坩堝底部鋪裝籽晶的方式進行誘導形核以降低形核階段硅錠內部的位錯密度，并控制長晶階段硅錠內部位錯密度的增殖速度，從而實現(xiàn)硅片的高轉換效率。熔化階段，石英坩堝內的硅料從上部往下逐步熔化，為了使石英坩堝底部的籽晶起到誘導形核的作用，必須保證籽晶不被全部熔化。為了實現(xiàn)這一目的，常采用石英棒測量未融化的籽晶高度，當測量到未融化的籽晶高度達到特定數(shù)值時，即對鑄錠爐進行操作進入長晶環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)籽晶誘導形核的目的。控制籽晶熔化高度的過程中，在石墨側板底部外側圍加一圈炭氈有助于控制籽晶熔化速度，這是因為炭氈導熱系數(shù)低，具有隔熱作用，能降低加熱器和硅料之間的熱交換速度。
[0003]目前大多數(shù)鑄錠爐采用頂部和四周加熱方式對石英坩堝中的硅料加熱熔化，在石英坩堝的四個角落是垂直方向的兩片加熱器交匯的區(qū)域，這種加熱器分布結構導致石英坩堝四角溫度較中心區(qū)域偏高，坩堝四角的硅料熔化速度快于中心區(qū)域的硅料熔化速度，且石英坩堝四角和中心區(qū)域隔熱效果相同，容易出現(xiàn)坩堝四角的籽晶完全熔化而中心區(qū)域的籽晶尚未完全熔化的現(xiàn)象，從而導致石英坩堝四角的硅片轉換效率偏低。
實用新型內容
[0004]基于此，有必要針對上述問題，提供一種隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐，該隔熱裝置及多晶硅鑄錠爐能夠提高石英坩堝四角的隔熱效果，降低坩堝四角籽晶的熔化速度。
[0005]一種隔熱裝置，包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，所述炭氈之間通過炭條固定連接。
[0006]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置包括中間第一炭氈和兩側的兩個第二炭氈，所述第一炭氈的導熱系數(shù)大于所述第二炭氈的導熱系數(shù)。
[0007]在其中一個實施例中，所述第一炭氈導熱系數(shù)為0.3W/m/k，所述第二炭氈導熱系數(shù)為 0.2W/m/k。
[0008]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置包括位于兩側的兩個第三炭氈、中間的第一炭氈及分別夾于所述第一炭氈和第三炭氈之間的第二炭氈，所述第一炭氈導熱系數(shù)最大，所述第三炭氈導熱系數(shù)最小。
[0009]一種多晶娃鑄淀爐，包括石墨樹禍，所述石墨樹禍包括石墨側板，所述多晶娃鑄淀爐包括隔熱裝置，所述隔熱裝置安裝于所述石墨側板外圍，包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，所述炭氈之間通過炭條固定連接，所述隔熱裝置上導熱系數(shù)高的炭氈對應所述多晶硅鑄錠爐內溫度低的部分，所述隔熱裝置上導熱系數(shù)低的炭氈對應所述多晶硅鑄錠爐內溫度高的部分。
[0010]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置通過鑰絲固定于所述石墨側板上。
[0011]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置在所述石墨側板上可拆卸。
[0012]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置包括中間第一炭氈和兩側的兩個第二炭氈，所述第一炭氈的導熱系數(shù)大于所述第二炭氈的導熱系數(shù)。
[0013]在其中一個實施例中，所述第一炭氈導熱系數(shù)為0.3W/m/k，所述第二炭氈導熱系數(shù)為 0.2W/m/k。
[0014]在其中一個實施例中，所述隔熱裝置包括位于兩側的兩個第三炭氈、中間的第一炭氈及分別夾于所述第一炭氈和第三炭氈之間的第二炭氈，所述第一炭氈導熱系數(shù)最大，所述第三炭氈導熱系數(shù)最小。
[0015]上述隔熱裝置包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，根據(jù)鑄錠爐內熱區(qū)分布的特點，選擇隔熱能力不同的炭氈，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，避免出現(xiàn)石英坩堝各處籽晶熔化進度不一致的現(xiàn)象，從而保證了石英坩堝各處硅片的高轉換效率。
[0016]上述多晶硅鑄錠爐采用隔熱裝置進行控制籽晶的熔化速度，而隔熱裝置包括至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，根據(jù)鑄錠爐內熱區(qū)分布的特點，選擇隔熱能力不同的炭氈，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，避免出現(xiàn)石英坩堝各處籽晶熔化進度不一致的現(xiàn)象，從而保證了石英坩堝各處硅片的高轉換效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的隔熱裝置的示意圖；
[0018]圖2為本實用新型的隔熱裝置安裝在石墨側板上的示意圖。

【具體實施方式】
[0019]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下做類似改進，因此本實用新型不受下面公開的具體實施例的限制。
[0020]需要說明的是，當元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。
[0021]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本實用新型的【技術領域】的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0022]一般多晶硅鑄錠爐采用頂部和四周加熱方式對石英坩堝中的硅料加熱熔化，在石英坩堝的四個角落是垂直方向的兩片加熱器交匯的區(qū)域，這種加熱器分布結構導致石英坩堝四角溫度較中心區(qū)域偏高，石英坩堝四角的硅料熔化速度快于中心區(qū)域的硅料熔化速度，容易出現(xiàn)石英坩堝四角的籽晶完全熔化而中心區(qū)域的籽晶尚未完全熔化的現(xiàn)象。
[0023]請參照圖1，本實用新型提供了一種隔熱裝置，該隔熱裝置用于在多晶硅鑄錠過程中控制籽晶熔化速度。該隔熱裝置包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，位于中間的炭氈的導熱系數(shù)大于兩邊的炭氈的導熱系數(shù)。這樣，中間導熱系數(shù)高的炭氈對應于石英坩堝中心區(qū)域的溫度(較石英坩堝四角處偏低)、兩端導熱系數(shù)低的炭氈對應于石英坩堝四角處，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，對石英坩堝中溫度低的中間區(qū)域使用導熱系數(shù)較高、隔熱能力低的炭氈，對石英坩堝中溫度高的四角處使用導熱系數(shù)較低、隔熱能力高的炭氈，減小石英坩堝四角處和中心區(qū)域之間硅料熔化速度的差異，避免了出現(xiàn)石英坩堝四角桿晶完全溶化而中心區(qū)域桿晶未完全溶化的現(xiàn)象。
[0024]隔熱裝置包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，該多個炭氈依次排列，且從中間炭氈向兩端的炭氈的導熱系數(shù)依次減小，中間炭氈兩邊的炭氈相對稱，且對應位置上的炭氈的導熱系數(shù)相等。在本實施方式中，隔熱裝置包括兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，分別為位于中間第一炭氈111和位于兩側的兩個第二炭氈112，第一炭氈111的導熱系數(shù)為0.3W/m/k，第二炭氈112的導熱系數(shù)為0.2W/m/k。隔熱裝置包括3個炭氈，第一炭氈111位于中間，第二炭氈112分別位于第一炭氈111的兩側。
[0025]在其他實施方式中，隔熱裝置還可以包括3種不同導熱系數(shù)的炭氈，即該隔熱裝置包括5個炭氈，分別為位于兩側的兩個第三炭氈、中間的第一炭氈及分別夾于第一炭氈和第三炭氈之間的第二炭氈，第一炭氈的導熱系數(shù)大于第二炭氈的導熱系數(shù)，第二炭氈的導熱系數(shù)大于第三炭氈的導熱系數(shù)。具體的，隔熱裝置包括幾種不同導熱系數(shù)的炭氈即決定了隔熱裝置包括幾個炭氈，而這些具體的數(shù)量根據(jù)具體的多晶硅鑄錠爐中的熱場分布具體確定，此處不做具體限定。
[0026]每相鄰的兩個炭租之間固定連接,通過炭條120固定連接。炭條120貫穿于炭租內來實現(xiàn)炭氈的固定連接。由于本實施方式中隔熱裝置包括3個炭氈，故炭條120需貫穿第一炭氈111且插入第一炭氈111兩側的第二炭氈112內。具體的炭條120的根數(shù)不做具體限定，只要能夠實現(xiàn)固定連接相鄰的兩個炭氈即可。本實施方式中，采用了兩根炭條120，使得炭租連接更加穩(wěn)定。
[0027]上述隔熱裝置用于在多晶硅鑄錠過程中控制籽晶熔化速度。該隔熱裝置兩端的導熱系數(shù)比中間的導熱系數(shù)更低，隔熱能力更強。當然，可以針對具體的鑄錠爐內熱區(qū)分布特點來確定隔熱裝置中多個不同導熱系數(shù)的炭氈的排列方式，只要滿足溫度高的區(qū)域對應導熱系數(shù)低的炭氈、溫度低的區(qū)域對應導熱系數(shù)高的炭氈的條件即可。這樣可以減少石英坩堝內硅料熔化速度的差異，避免出現(xiàn)石英坩堝內籽晶熔化不均勻的現(xiàn)象，從而保證石英坩堝內各處硅片的高轉換效率。
[0028]請參照圖2，本實用新型還提供一種多晶硅鑄錠爐，該多晶硅鑄錠爐包括石墨坩堝，石墨坩堝包括石墨側板130。多晶硅鑄錠爐還包括上述隔熱裝置，隔熱裝置通過鑰絲安裝固定于石墨側板130上，且隔熱裝置相對于石墨側板130可拆卸。隔熱裝置包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，多個炭氈依次固定連接排列。具體的多個導熱系數(shù)不同的炭氈的具體的排列次序則根據(jù)多晶硅鑄錠爐內的熱區(qū)分布來具體確定。
[0029]石墨坩堝為正方體形狀，故需要4個隔熱裝置首尾相接才可以將石墨坩堝完全圍住。一般多晶硅鑄錠爐采用頂部和四周加熱方式對石英坩堝中的硅料加熱熔化，在石英坩堝的四個角落是垂直方向的兩片加熱器交匯的區(qū)域，這種加熱器分布結構導致石英坩堝四角溫度較中心區(qū)域偏高，石英坩堝四角的硅料熔化速度快于中心區(qū)域的硅料熔化速度，容易出現(xiàn)石英坩堝四角的籽晶完全熔化而中心區(qū)域的籽晶尚未完全熔化的現(xiàn)象。針對這一問題，隔熱裝置上炭氈的排列方式為導熱系數(shù)高的炭氈置于中間位置，向兩端方向上的炭氈的導熱系數(shù)依次減小。這樣，針對溫度高的區(qū)域(石英坩堝四角)使用導熱系數(shù)低即隔熱能力高的炭氈，針對溫度低的區(qū)域(石英坩堝中心區(qū)域)使用導熱系數(shù)高即隔熱能力低的炭氈，減小了石英坩堝四角和中心區(qū)域之間硅料熔化速度的差異，避免了出現(xiàn)石英坩堝四角籽晶完全熔化而中心區(qū)域籽晶未完全熔化的現(xiàn)象，實現(xiàn)了坩堝四角和中心區(qū)域均在籽晶上部形核和長晶，保證了各處硅片的高轉換效率。當然，針對以其他方式加熱的多晶硅鑄錠爐，對應的隔熱裝置中不同導熱系數(shù)的炭氈的排列方式根據(jù)具體的多晶硅鑄錠爐熱區(qū)分布來確定。
[0030]該多晶硅鑄錠爐的工作流程如下:首先將石墨側板安裝固定于石英坩堝外圍；然后將裝有硅料的石英坩堝連通石墨側板130用叉車運送擺放至鑄錠爐內，再將隔熱裝置安裝于石墨側板130外圍，用鑰絲將隔熱裝置固定在石墨側板130上，最后將多晶硅鑄錠爐合爐運行，即可實現(xiàn)對籽晶的熔化速度控制。
[0031]上述多晶硅鑄錠爐由于采用隔熱裝置進行控制籽晶的熔化速度，而隔熱裝置包括至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，根據(jù)鑄錠爐內熱區(qū)分布的特點，選擇隔熱能力不同的炭氈，實現(xiàn)隔熱能力空間差異化，避免出現(xiàn)石英坩堝各處籽晶熔化進度不一致的現(xiàn)象，從而保證了石英坩堝各處硅片的高轉換效率。
[0032]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種隔熱裝置，其特征在于，包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，所述炭租之間通過炭條固定連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的隔熱裝置，其特征在于，所述隔熱裝置包括中間第一炭氈和兩側的兩個第二炭氈，所述第一炭氈的導熱系數(shù)大于所述第二炭氈的導熱系數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的隔熱裝置，其特征在于，所述第一炭氈導熱系數(shù)為0.3ff/m/k,所述第二炭氈導熱系數(shù)為0.2W/m/k。
4.根據(jù)權利要求1所述的隔熱裝置，其特征在于，所述隔熱裝置包括位于兩側的兩個第三炭氈、中間的第一炭氈及分別夾于所述第一炭氈和第三炭氈之間的第二炭氈，所述第一炭氈導熱系數(shù)最大，所述第三炭氈導熱系數(shù)最小。
5.一種多晶硅鑄錠爐，包括石墨坩堝，所述石墨坩堝包括石墨側板，其特征在于，所述多晶硅鑄錠爐包括隔熱裝置，所述隔熱裝置安裝于所述石墨側板外圍，包括依次固定連接的至少兩種不同導熱系數(shù)的炭氈，所述炭氈之間通過炭條固定連接，所述隔熱裝置上導熱系數(shù)高的炭氈對應所述多晶硅鑄錠爐內溫度低的部分，所述隔熱裝置上導熱系數(shù)低的炭氈對應所述多晶硅鑄錠爐內溫度高的部分。
6.根據(jù)權利要求5所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于，所述隔熱裝置通過鑰絲固定于所述石墨側板上。
7.根據(jù)權利要求5所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于，所述隔熱裝置在所述石墨側板上可拆卸。
8.根據(jù)權利要求5所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于，所述隔熱裝置包括中間第一炭氈和兩側的兩個第二炭氈，所述第一炭氈的導熱系數(shù)大于所述第二炭氈的導熱系數(shù)。
9.根據(jù)權利要求8所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于，所述第一炭氈導熱系數(shù)為0.3W/m/k,所述第二炭租導熱系數(shù)為0.2ff/m/ko
10.根據(jù)權利要求5所述的多晶硅鑄錠爐，其特征在于，所述隔熱裝置包括位于兩側的兩個第三炭氈、中間的第一炭氈及分別夾于所述第一炭氈和第三炭氈之間的第二炭氈，所述第一炭氈導熱系數(shù)最大，所述第三炭氈導熱系數(shù)最小。
【文檔編號】C30B28/06GK204111921SQ201420510143
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】廖繼龍, 胡亞蘭, 游達, 胡碧波, 朱戰(zhàn)軍 申請人:江蘇協(xié)鑫硅材料科技發(fā)展有限公司