用于超大尺寸硅锭的热场结构的制作方法

本发明涉及一种多晶硅生产设备，特别是涉及一种用于超大尺寸硅锭的热场结构。

背景技术：

太阳能光伏行业发展迅速，市场规模持续增长，但同时市场竞争激烈，为尽快实现平价上网，实现更大范围的普及应用，全行业各环节努力追求和获取高效率、低成本电池。在上游的晶硅环节，获得高品质、低成本的晶体非常重要，目前大尺寸（G6）多晶硅锭成为行业主流，下一代超大尺寸硅锭G7或G8成为当前趋势顺延发展的必由之路，可以提升硅锭重量，提高生产率，降低单耗、提高晶体品质。

多晶硅铸锭炉是用于制造多晶硅锭的设备，利用定向凝固法生产多晶硅锭，首先将已装好硅料的坩埚装入炉腔中，然后进行抽空、加热、熔化、长晶、退火、冷却等工艺步骤。

市场上多晶硅锭主要有:重量为450kg左右，可开方5*5=25块小方锭G5硅锭；重量为850kg左右，可开方6*6=36块小方锭G6硅锭，总体上硅锭重量小，生产率低下，单耗偏高，成本高。

市场上的大多数多晶铸锭炉配置的加热方式有：上、下加热，5面加热，同时热场结构设计及结晶控制装置也不利于超大尺寸硅锭的生长，表现在温度梯度不理想，长晶固液界面凸凹明显，无法有效降低晶体中的位错和排杂，减少晶界或使晶粒均匀等 ，对晶体的整体质量有较大的影响，品质一般。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种用于超大尺寸硅锭的铸锭炉的热场结构，以克服现有技术中的所述缺陷。

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，与铸造大尺寸硅锭工艺相匹配的用于超大尺寸硅锭的热场结构。

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，本发明是一种用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：包括由顶部保温组件、侧部保温组件和底部保温组件围城的隔热笼，在隔热笼的底部设有热交换控制装置，在热交换控制装置上方的隔热笼内设有用于放置石墨坩埚的定向凝固块，定向凝固块的下部设有若干根支撑定向凝固块的石墨支撑柱，在石墨坩埚的底部四周与侧保温组件之间设有热区隔离板；所述顶部保温组件上设有1-6个进气管，所述顶部保温组件上设有顶加热电极，侧部保温组件上设有侧加热电极和底加热电极，所述顶加热电极、侧加热电极和底加热电极分别通过水冷电缆与各自的变压器相连，变压器与功率控制器相接。

超大尺寸硅锭主要指G7硅锭（7*7）、G8 硅锭（8*8）。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述侧部保温组件由上保温组件和下保温组件构成，下保温组件设在热区隔离板下方，所述下保温组件由内保温板和外保温板构成。当出现溢流时，硅料主要会流到保温组件的底部，所以更换时只要更换弄脏的部分保温板，如内保温板即可，从而既要用来对溢流的防护、减少溢流损失，又节省了使用成本。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述底部保温组件包括水平保温组件，在水平保温组件的内侧连接有竖直保温组件，所述竖直保温组件的上端高出水平保温组件。竖直保温组件高出水平保温组件，可以用来阻挡溢流，防止出现溢流时，减少溢流对各零部件的损坏，以及容易检测到溢流的发生，从而减少溢流损失。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述顶部保温组件、侧部保温组件和底部保温组件均为保温毡板，所述顶部保温组件的厚度为90mm-150mm，所述侧部保温组件的厚度为40mm-150mm，所述底部保温组件的厚度为40mm-100mm。顶部保温组件、侧部保温组件和底部保温组件用来对溢流的防护、减少溢流损失，以及节省使用成本。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述热区隔离板为保温毡板，厚度为20mm-80mm。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述热交换控制装置包括相对错层重叠设置的第一保温组件和第二保温组件，所述第一保温组件设有上下设置的第一下保温板和第一上保温板，所述第二保温组件设有上下设置的第二下保温板和第二上保温板，第二上保温板设在第一下保温板上方；在第一下保温板和第二上保温板相向一侧上分别设有开口，在第一上保温板和第二下保温板相向一侧上分别设有与对应的开口配合密封的密封部；在第一保温组件和第二保温组件的下方分别设有驱动第一保温组件和第二保温组件前后同时运动的牵引导轨。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：第一保温组件和第二保温组件分别通过固定连接板与对应的牵引导轨相连,所述固定连接板通过螺栓固定在牵引导轨的端部上。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：所述第一下保温板和第二上保温板的开口为 V 型,所述开口的角度为60°-180°。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：述第一下保温板、第一上保温板、第二下保温板和第二上保温板均为保温毡板。所述第一保温组件和第二保温组件的厚度为60mm-120mm。

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进一步实现，所述的用于超大尺寸硅锭的热场结构，其特点是：第一保温组件和第二保温组件下方的牵引导轨均分别与驱动装置相连。

本发明的隔热笼的尺寸可以做得很大，扩大了热场内部尺寸，使其可铸造超大尺寸硅锭，提高产能和生产率；同时进行了各部件的优化布局，如在顶部和侧部加热组件上设有热电极，在底部设有第一保温组件和第二保温组件同时向中间或两端运动的热交换控制装置等，使顶部、侧部和底部的加热器能够独立灵活控制，并能够精确控制坩埚内熔体的温度梯度，极大的提高了工艺灵活性，可以获得理想的长晶固液界面，减少晶体中的杂质和缺陷，获取高质量的晶体。

与现有技术相比，本发明通过对热场内部结构，外形及尺寸重新设计和布局，使其能铸造大尺寸硅锭，大大的提高生产产能，同时结构安全，尤其是对溢流的防护、减少溢流损失，节省使用成本，减少热量损失。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1的右视结构示意图。

图3是热交换控制装置关闭时的一种立体结构示意图。

图4是图3的仰视结构示意图。

图5是热交换控制装置打开时的一种立体结构示意图。

图6是图5的仰视结构示意图。

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。

参照图1和图2，一种用于超大尺寸硅锭的热场结构，包括由顶部保温组件2、侧部保温组件3和底部保温组件4围城的隔热笼，隔热笼大小根据坩埚尺寸设计。在隔热笼的底部设有热交换控制装置5，在热交换控制装置5上方的隔热笼内设有用于放置石墨坩埚的定向凝固块，定向凝固块用于支撑坩埚，同时结晶时用于热交换、可以辅助导热凝固用。定向凝固块的下部设有若干根支撑定向凝固块的石墨支撑柱，石墨支撑柱穿过底部保温组件4与炉体的底部相固定。

所述顶部保温组件2、侧部保温组件3和底部保温组件4均为保温毡板，顶部保温组件2的厚度为100mm，底部保温组件4的厚度为60mm。所述底部保温组件包括水平保温组件，在水平保温组件的内侧连接有竖直保温组件，所述竖直保温组件的上端高出水平保温组件。

在石墨坩埚的底部四周与侧保温组件之间设有热区隔离板7，热区隔离板7为保温毡板，厚度为40mm，用于隔开上下温区，还可以上下调节和运动。所述侧部保温组件3由上保温组件和下保温组件构成，下保温组件设在热区隔离板7下方，所述下保温组件由内保温板和外保温板构成，侧部保温组件3的总厚度为80mm。需要更换时方便，并节约使用成本。

所述顶部保温组件2上设有6个进气管1，在顶部保温组件2上设有顶加热电极9，侧部保温组件3上设有侧加热电极8和底加热电极6，用于接对应的加热器，所述顶加热电极9、侧加热电极8和底加热电极6分别通过水冷电缆与各自的变压器相连，变压器与各自的功率控制器相接，最后接入整个铸锭炉的PLC控制器中，从而使各电极对应的加热器实现独立控制，从而精确控制坩埚内熔体的温度梯度，极大的提高了工艺灵活性，

参照图3、图4、图5和图6，所述热交换控制装置5，包括相对错层重叠设置的第一保温组件和第二保温组件，第一保温组件和第二保温组件的厚度为100mm。所述第一保温组件设有上下设置的第一下保温板53和第一上保温板52，第一下保温板53和第一上保温板52设为一体，第一下保温板53和第一上保温板52的厚度相等，各为50mm。所述第二保温组件设有上下设置的第二下保温板54和第二上保温板55，第二下保温板54和第二上保温板55设为一体，第二下保温板54和第二上保温板55的厚度也相等，各为50mm。第一下保温板53、第一上保温板52、第二下保温板54和第二上保温板55均使用保温绝热材料保温硬毡制成的保温毡板。第二上保温板55设在第一下保温板53上方，与第一下保温板53紧贴，并可以在第一下保温板53上滑动。在第一下保温板53和第二上保温板55相向一侧上分别设有开口56，在第一上保温板52和第二下保温板54相向一侧上分别设有与对应的开口56配合密封的密封部；每个密封部的最前端与其下方保温板开口的根部上下对齐，当第一下保温板53和第二上保温板55的开口56为 V 型，开口的角度为120°时，对应的密封部为顶部为120°的三角形。

第一保温组件和第二保温组件重叠时，第一上保温板52上的密封部与第二上保温板55上的开口紧贴，实现上密封，第二下保温板54上的密封部与第一下保温板53上的开口紧贴，实现下密封，双层错层密封，密封效果好。第一保温组件和第二保温组件同时向两边打开时，第二上保温板55在第一下保温板53上滑动，第一下保温板53在第二上保温板55上滑动，使各自的密封部离开对应的开口，从而使开口打开，构成规则的对称开口图形。

在第一保温组件和第二保温组件的下方分别设有驱动第一保温组件和第二保温组件前后同时运动的牵引导轨51。第一保温组件和第二保温组件分别通过固定连接板7与对应的牵引导轨51相连。固定连接板57为石墨板。所述固定连接板57通过石墨螺栓固定在牵引导轨51的端部上。在第一保温组件和第二保温组件下方的牵引导轨51均分别与各自的驱动装置相连。驱动装置为与变速箱相连的驱动电机。打开时，各自的驱动电机启动，带动第一保温组件和第二保温组件同时向相反方向匀速运动，从而控制开口的大小，进而控制降温梯度，使整个长晶过程在程序可控范围内进行。关闭时，通过驱动电机驱动第一保温组件和第二保温组件同时相向运动实现开口的关闭。