本发明涉及一种光伏太阳电池多晶铸锭热场，特别涉及一种高晶体质量多晶硅铸锭热场。
背景技术：
多晶铸锭是目前太阳能光伏电池产业的一项关键环节，对最终的产品电池片的质量有着关键性的影响。优质的晶体质量多晶硅锭制造的电池片的光电转换效率提高、降低衰减；对整体成本降低、终端使用效果起到重要作用，而多晶炉的热场结构对于铸造优质的多晶硅锭起到决定性的作用。目前，多晶铸锭热场通常热场中未进行区域化热流控制。结晶过程初期、中期、末期速率和结晶界面都需要进行针对性的改善。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，使用方便的高晶体质量多晶硅铸锭热场。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种高晶体质量多晶硅铸锭热场，其特点是，包括设在炉体内的保温箱和坩埚，坩埚设在保温箱内，保温箱的底部设有开口，保温箱的底部开口处设有活动底板，保温箱内设有加热装置，保温箱的活动底板上设有坩埚的支撑机构，坩埚上方、下方以及四周的保温箱内均设有热场，所述热场通过多层隔热保温机构分隔有上、中、下三个热场区，所述的支撑机构包括放置坩埚的定向冷凝板和支撑定向冷凝板的竖向撑杆，竖向撑杆穿过活动底板装在炉体内；
所述的多层隔热保温机构包括上保温隔板和下保温隔板，上保温隔板设在靠近定向冷凝板的保温箱侧壁与坩埚侧壁之间，下保温隔板设在保温箱侧壁与定向冷凝板之间，上保温隔板上方的空间设置为上热场区，上保温隔板与下保温隔板之间的空间设置为中热场区，下保温隔板下方的空间设置为下热场区，上保温隔板与保温箱之间、上保温隔板与坩埚之间设有上传热间隙，下保温隔板与保温箱之间、下保温隔板与定向冷凝板之间设有下传热间隙。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述定向冷凝板的外周边设有一圈隔热包边；所述的隔热包边设有与下保温隔板相对设置的活动保温隔板，活动保温隔板通过石墨块搭接在定向冷凝板上；在所述定向冷凝板的顶部边缘设有与石墨块相配合的台阶，活动保温隔板的间隙率为0%-5%，活动保温隔板的间隙率即指活动保温隔板与定向冷凝板之间的间隙同定向冷凝板与保温箱的间隙比值，0%的间隙率指活动保温隔板与定向冷凝板紧贴，不存在间隙。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，在所述定向冷凝块的底部设有一圈运动保温隔板，运动保温隔板通过碳碳部件装在活动底板上，运动保温隔板与定向冷凝块之间设有传热间隙，间隙率为50%-80%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述上保温隔板与保温箱之间、下保温隔板与保温箱之间通过碳碳部件相接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述上热场区的容积比率为60-85%，中热场区的容积比率为10-20%，下热场区的容积比率为10-20%。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来实现的，所述上保温隔板的间隙率为30%-90%，优选45%-60%，所述下保温隔板的间隙率为50%-90% ，优选65%-80%。
本发明通过设多层隔热保温机构，在多晶铸锭热场中进行热场区域划分，形成不同的温区对热流进行分层控制，从上至下形成三个温度区域环境，达到多晶铸锭熔化和结晶过程的热流及温度控制，增加保温箱内纵向温度梯度的可控性，同时，确保横向温度的一致性，形成良好的热场分布。与现有技术相比，其设计合理，有效缩短熔化时间，降低能耗，结晶过程结晶速度均匀平稳并形成良好的结晶固液界面，有效提升了晶体质量。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1，一种高晶体质量多晶硅铸锭热场，包括设在炉体内的保温箱1和坩埚2，坩埚2设在保温箱1内，保温箱1的底部设有开口，保温箱的底部开口处设有活动底板13，保温箱1内设有加热装置3，保温箱1的活动底板13上设有坩埚2的支撑机构，坩埚2上方、下方以及四周的保温箱1内均设有热场，所述热场通过多层隔热保温机构分隔有上热场区5、中热场区7、下热场区11，所述的支撑机构包括放置坩埚2的定向冷凝板4和支撑定向冷凝板4的竖向撑杆12，竖向撑杆12穿过活动底板13装在炉体内；所述的保温箱1为由保温侧板和保温顶板组成的罩体，所述的活动底板13为保温底板；
所述的多层隔热保温机构包括上保温隔板6和下保温隔板8，上保温隔板6设在靠近定向冷凝板4的保温箱1侧壁与坩埚2侧壁之间，下保温隔板8设在保温箱1侧壁与定向冷凝板4之间，上保温隔板6上方的空间设置为上热场区5，上保温隔板6与下保温隔板8之间的空间设置为中热场区7，下保温隔板8下方的空间设置为下热场区11，上保温隔板6与保温箱1之间、上保温隔板6与坩埚2之间、下保温隔板8与保温箱1之间、下保温隔板8与定向冷凝板4之间设有传热间隙，所述的上保温隔板6、下保温隔板8采用碳纤维硬质保温板。
实施例2，实施例1所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，在所述定向冷凝板4的外周边设有一圈隔热包边；所述的隔热包边设有与下保温隔板8相对设置的活动保温隔板14，活动保温隔板14通过石墨块10搭接在定向冷凝板4上；在所述定向冷凝板4的顶部边缘设有与石墨块10相配合的台阶。
实施例3，实施例1-2所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，在所述定向冷凝块4的底部设有一圈运动保温隔板9，运动保温隔板9通过碳碳部件15装在活动底板上，运动保温隔板9与定向冷凝块4之间设有传热间隙，间隙率为50%-80%，所述运动保温隔板9的间隙率为运动保温隔板与定向冷凝板间间隙占坩埚底部与活动底板间总间隙的比值。
实施例4，实施例1-3所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，所述上保温隔板6与保温箱1之间、下保温隔板8与保温箱1之间、活动保温隔板14与定向冷凝板4之间通过碳碳部件相接，所述的上下保温隔板为双面碳布碳纤维硬质保温板，所述的碳碳部件为CFC螺杆和CFC螺母。
实施例5，实施例1-4所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，所述上热场区5的容积比率为60-85%，中热场区7的容积比率为10-20%，下热场区11的容积比率为10-20%，所述的容积比率为各热场区的容积与整个热场区域的比值。
实施例6，实施例1-5所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，所述上保温隔板6的间隙率为30%-80%，优选45%-60%，所述下保温隔板8的间隙率为50%-90% ，优选65%-80%，所述上保温隔板6的间隙率为上保温隔板与坩埚之间的间隙同坩埚与保温箱的间隙比值，所述下保温隔板8的间隙率为下保温隔板与定向冷凝板之间的间隙同定向冷凝板与保温箱的间隙比值。
本发明所述高晶体质量多晶硅铸锭热场的安装步骤如下：在热场安装过程中将上保温隔板、下保温隔板安装至铸锭炉热场目标位置；在铸锭炉装料时，将活动保温隔板、运动保温隔板装上，运动保温隔板一般情况不用拆卸，只是在结晶过程会与活动底板同时运动。
上保温隔板、下保温隔板、活动保温隔板、运动保温隔板的位置、厚度以及宽度均可以调整，以控制上、中、下热场区的空间，控制上热场区向中热场区的热流量，同时，控制中热场区向下热场区的热流量，以达到控制晶体生长的目的，以进行优化及提高晶体质量，例如，上保温隔板加厚加宽，中保温隔板变薄变窄，运动保温隔板变薄变窄，则可以使晶体生长变凸，晶体的百分数及厚薄程度需要根据具体的设备及设备使用的材料质量来最终确认；又如，上保温隔板变薄变窄，中保温隔板加厚加宽，运动保温隔板加厚加宽，则可以使晶体生长变凹，晶体的百分数及厚薄程度需要根据具体的设备及设备使用的材料质量来最终确认。
实施例7，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，所述上热场区的容积比率为60%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为10%，所述上保温隔板的间隙率为30%，所述下保温隔板的间隙率为50%，所述活动保温隔板的间隙率控制在0%，指活动保温隔板紧贴定向冷凝板设置，运动保温隔板的间隙率为50%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于71%硅锭，转换效率高于18.7%电池片。
实施例8，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为85%，中热场区的容积比率为20%，下热场区的容积比率为20%，所述上保温隔板的间隙率为97%，所述下保温隔板的间隙率为90% ，所述活动保温隔板的间隙率控制在5%，运动保温隔板的间隙率为80%，，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于70%硅锭，转换效率高于18.7%电池片。
实施例9，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为70%，中热场区的容积比率为15%，下热场区的容积比率为15%，所述上保温隔板的间隙率为50%，所述下保温隔板的间隙率为70% ，所述活动保温隔板的间隙率控制在3%，运动保温隔板的间隙率为65%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于69%硅锭，转换效率高于18.7%电池片。
实施例10，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：上热场区的容积比率控制在70%；中热场区的容积比率控制在15%；下热场区的容积比率控制在15%，活动保温隔板的间隙率控制在5%；运动保温隔板的间隙率控制在30%；进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于68%硅锭，转换效率高于18.7%电池片。
实施例11，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为80%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为20%，所述上保温隔板的间隙率为30%，所述下保温隔板的间隙率为50%，所述活动保温隔板的间隙率控制在4%，运动保温隔板的间隙率为50%；进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于71%硅锭，转换效率高于18.6%电池片。
实施例12，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：上所述上热场区的容积比率为60%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为15%，所述上保温隔板的间隙率为50%，所述下保温隔板的间隙率为65% ，所述活动保温隔板的间隙率控制在3%，运动保温隔板的间隙率为60%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于71%硅锭，转换效率高于18.5%电池片。
实施例13，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为85%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为10%，所述上保温隔板的间隙率为50%，所述下保温隔板的间隙率为60% ，所述活动保温隔板的间隙率控制在2%，运动保温隔板的间隙率为60%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于71%硅锭，转换效率高于18.4%电池片。
实施例14，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：上热场区的容积比率控制在70%；中热场区的容积比率控制在15%；下热场区的容积比率控制在15%；活动保温隔板的间隙率控制在5%；运动保温隔板的间隙率控制在30%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于70%硅锭，转换效率高于18.6%电池片。
实施例15，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为75%，中热场区的容积比率为15%，下热场区的容积比率为20%，所述上保温隔板的间隙率为30%，所述下保温隔板的间隙率为50%，所述活动保温隔板的间隙率控制在4%，运动保温隔板的间隙率为60%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于70%硅锭，转换效率高于18.5%电池片。
实施例16，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为60%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为15%，所述上保温隔板的间隙率为50%，所述下保温隔板的间隙率为70% ，所述活动保温隔板的间隙率控制在5%，运动保温隔板的间隙率为75%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于70%硅锭，转换效率高于18.4%电池片。
实施例17，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为60%，中热场区的容积比率为10%，下热场区的容积比率为10%，所述上保温隔板的间隙率为30%，所述下保温隔板的间隙率为50%，所述活动保温隔板的间隙率控制在3%，运动保温隔板的间隙率为50%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于69%硅锭，转换效率高于18.6%电池片。
实施例18实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：上热场区的容积比率为70%；中热场区的容积比率为15%；下热场区的容积比率为15%；活动保温隔板的间隙率为5%；运动保温隔板的间隙率为30%；进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于69%硅锭，转换效率高于18.5%电池片。
实施例19，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：所述上热场区的容积比率为80%，中热场区的容积比率为15%，下热场区的容积比率为20%，所述上保温隔板的间隙率为50%，所述下保温隔板的间隙率为50%，所述活动保温隔板的间隙率控制在5%，运动保温隔板的间隙率为60%，进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于69%硅锭，转换效率高于18.4%电池片。
实施例20，实施例1-6所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，其中：上热场区的容积比率为70%；中热场区的容积比率为15%；下热场区的容积比率为15%；活动保温隔板的间隙率为5%；运动保温隔板的间隙率为30%；进行多晶硅铸锭，得到铸锭成品率高于68%硅锭，转换效率高于18.6%电池片。
本发明中：对上保温隔板的厚度、上传热间隙以及位置进行调整，控制上热场区向中热场区的热流，优化结晶过程固液界面的凹凸程度；
对下保温隔板的厚度、下传热间隙以及位置进行调整，控制中热场区向下热场区的热流，优化结晶过程固液界面的凹凸程度；
对活动保温隔板的厚度、横向传热间隙进行调整，对下热场区的位置及容积率进行调整，控制定向冷凝板热流以及优化结晶过程固液界面的凹凸程度；
对运动保温隔板的厚度和宽度进行调整，在底部热场的位置进行调整，达到预期的固液界面的凹凸程度及结晶速率控制。
综上所述，本发明用于多晶硅铸锭热场，形成三个热场区域，并实现三个区域之间的热流自由调整。通过对上保温隔板、下保温隔板、活动保温隔板的调整，实现三个热场区域之间的热流控制，实现设定的固液界面形状和预期的晶体生长速率，从而，实现高晶体质量的多晶硅锭生产，进而得到优质硅片、优质电池片。
本发明使用保温隔板实现保温箱内热场的区域化，调整活动保温隔板将定向冷凝板进行横向热流控制，实现热场的横向热散失阻隔；
运动保温隔板实现熔化结晶过程中结晶速率的控制，运动保温隔板在结晶过程中实现与保温箱的活动底板同步运动，调节定向冷凝板的热流情况；
通过调整上保温隔板、下保温隔板的宽度、厚度，实现上热场区与中热场区的热流控制、中热场区与下热场区的热流控制，通过调整上保温隔板与下保温隔板的相对位置，实现上热场区、中热场区和下热场区的容积控制，通过调整活动保温隔板的宽度厚度及位置，实现定向冷凝板纵向热流和下热场区热散失控制；通过调整活动保温隔板的宽度厚度，实现定向冷凝板的横向热流控制。
本发明所述的高晶体质量多晶硅铸锭热场，能够有效提高多晶铸锭硅锭的晶体质量，降低晶体内部缺陷和复合中心，从而降低空穴和电子的复合概率，最终使得电池片的换效率提升。
在晶体生长过程中充分的分凝，将杂质排除至硅锭顶部来提高晶体质量，杂质含量低的硅锭切片的出片数能够得到有效的增加。
本发明通过设上保温隔板、下保温隔板以及活动保温隔板，构成可控范围宽广的热场，能够有效的改善多晶铸锭中多晶硅片的晶体缺陷，同时获得高的铸锭成品率；并且本热场设计对于铸锭工艺热场调整有着良好的灵活度，加速在此热场基础上的技术研发和产品质量提升，以及稳定的持续批量生产。
在多晶铸锭热场中使用保温隔热板进行热场区域化划分，形成不同的温区；对热流进行分层控制，从上至下形成三个温度区域环境。增加纵向温度梯度的可控性，同时确保横向温度的一致性，形成良好的热场分布。通过特殊的热场运动部件结构及形状设计达到多晶铸锭熔化和结晶过程的热流及温度控制。形成合理的熔化结晶工艺过程，有效缩短熔化时间，降低能耗，结晶过程结晶速度均匀平稳并形成良好的结晶固液界面，获得期望的结晶速率，有效提升晶体质量。优化活动硬毡形状，本热场扩展性能强，兼顾功能性与易操作性。各部件之间以及其它部件之间，无摩擦、无撞击能够有效地确保长的使用寿命。