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一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉

阅读：718发布：2021-02-22

IPRDB可以提供一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公布了一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体，在炉体内安装有隔热笼，隔热笼内安装有定向凝固底座，在定向凝固底座上安装有石英坩埚，在石英坩埚的四周安装有石墨护板，在石墨护板上方安装有坩埚盖板，还包括穿过炉体、隔热笼、以及坩埚盖板的石墨气体套管，在石墨气体套管上安装有位于坩埚盖板上方的石墨加热器，在所述坩埚盖板底部安装有楔形导气装置。本发明通过在坩埚盖板下方安装楔形导气装置，消除了涡流的通路，可以为惰性气体提供畅通的通道，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量，提高了产品的质量。，下面是一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体（1），在炉体（1）内安装有隔热笼（2），隔热笼（2）内安装有定向凝固底座（11），在定向凝固底座（11）上安装有石英坩埚（9），在石英坩埚（9）的四周安装有石墨护板（8），在石墨护板（8）上方安装有坩埚盖板（7），还包括穿过炉体（1）、隔热笼（2）、以及坩埚盖板（7）的石墨气体套管（5），在石墨气体套管（5）上安装有位于坩埚盖板（7）上方的石墨加热器（6），其特征在于：在所述坩埚盖板（7）底部安装有楔形导气装置（14）。

2.根据权利要求1所述的一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述楔形导气装置（14）由垂直于坩埚盖板（7）的立板和斜板连接而成，且立板位于远离石墨气体套管（5）的一端。

3.根据权利要求1所述的一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述楔形导气装置（14）包括安装在石墨气体套管（5）开口端且垂直于坩埚盖板（7）的环形板，在环形板上连接有锥面板，锥面板构成的锥体与石墨气体套管（5）同轴。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，其特征在于：所述楔形导气装置（14）由高纯钼制成。

说明书全文

一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种坩埚的改进结构，具体是指一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉。

背景技术

[0002] 近年来，由于铸造多晶硅较直拉单晶硅具有低成本、低能耗等优势，逐渐成为主要的光伏材料，其市场份额也日益增大。但由于铸锭过程中加热器、隔热笼以及石墨护板等大量碳材料的使用，引入大量碳杂质，高温下，石墨部件与氧、石英坩埚等发生热化学反应，产生的CO和SiO等气体通过内部气流进入硅熔体中，极易被熔硅吸收，从而引入碳氧杂质，最终导致多晶硅中有较高的碳和氧含量，常规铸锭中硅锭氧的浓度为1×1017/cm3～1×1018/cm3，主要以间隙态存在呈过饱和状态。由于铸锭工艺经历了从高温到低温的热处理过程，如果氧浓度过高就容易形成热施主或氧沉淀，成为复合中心或引入复合中心的二次缺陷，导致硅材料中少数载流子寿命降低，直接影响到太阳电池的光电转换效率。此外氧与硼原子作用形成的B-O对，也会导致太阳电池效率的降低；碳浓度可达1×1017/cm3，甚至超过碳在硅中的固溶度（4×1017/cm3）。碳杂质可以作为氧沉淀的形成核心产生原生氧沉淀，而高浓度的碳可在硅熔体中形成SiC颗粒，影响硅锭的有效利用率。因此制备低碳低氧含量铸造多晶硅锭对于多晶硅太阳电池实现低成本高效率具有重要的意义。

[0003] 现有技术中，石墨材料制成的护板会与二氧化硅制成的石英坩埚在高温下发生反应产生含碳气体，如一氧化碳及一氧化碳等，这些产生的气体在现有的石英坩埚及护板、盖板的结构中，会流经硅液的表面，在硅熔体的上方产生涡流，涡流的存在导致有害气体长时间停留在石英坩埚内部，与硅熔体的作用时间较长，从而使碳和氧被吸附及溶入硅液中，从而造成生长出的硅锭中的碳和氧的含量高。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，解决惰性气体在硅熔体的上方产生涡流，涡流的存在导致有害气体长时间停留在石英坩埚内部，造成生长出的硅锭中的碳和氧的含量高的问题，达到降低产品的含碳量和含氧量的目的。

[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体，在炉体内安装有隔热笼，隔热笼内安装有定向凝固底座，在定向凝固底座上安装有石英坩埚，在石英坩埚的四周安装有石墨护板，在石墨护板上方安装有坩埚盖板，还包括穿过炉体、隔热笼、以及坩埚盖板的石墨气体套管，在石墨气体套管上安装有位于坩埚盖板上方的石墨加热器，在所述坩埚盖板底部安装有楔形导气装置。石墨气体套管将外部的惰性气源引入到石英坩埚内，惰性气体释放在硅熔体和坩埚盖板之间，通过在坩埚盖板下方安装楔形导气装置，楔形导气装置围绕在石墨气体套管开口的四周，消除了涡流的通路，可以为惰性气体提供畅通的通道，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量，提高了产品的质量，而且设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广。楔形导气装置的结构通常有两种：
第一种：所述楔形导气装置由垂直于坩埚盖板的立板和斜板连接而成，且立板位于远离石墨气体套管的一端。这种结构的楔形导气装置横截面呈三角形，整体上成三角体，由四个楔形导气装置围绕在石墨气体套管开口处的四周，按照对称的形式分布，惰性气体进入后沿斜板缓缓移动，避免了惰性气体在石墨气体套管开口处形成涡流。

[0006] 第二种：所述楔形导气装置包括安装在石墨气体套管开口端且垂直于坩埚盖板的环形板，在环形板上连接有锥面板，锥面板构成的锥体与石墨气体套管同轴。该种结构的楔形导气装置作用与第一种相同，均是利用斜板的导向功能，避免气体的速度变化过大引起的涡流，有效阻断涡流的途径。

[0007] 所述楔形导气装置由高纯钼制成。进一步讲，采用高纯钼制成楔形导气装置，具有熔点高、传热效果好、不易软化变形和挥发的优点，且不会对铸锭产生污染。

[0008] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1本发明一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，通过在坩埚盖板下方安装楔形导气装置，楔形导气装置围绕在石墨气体套管开口的四周，消除了涡流的通路，可以为惰性气体提供畅通的通道，能够有效地将铸造过程中产生的一氧化碳、二氧化碳以及一氧化硅等气体迅速地带走，从而大大降低上述气体进入熔体硅中的几率，可以有效地降低多晶硅铸锭中的非金属杂质碳和氧的含量，提高了产品的质量；
2本发明一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，采用高纯钼制成楔形导气装置，具有熔点高、传热效果好、不易软化变形和挥发的优点，且不会对铸锭产生污染；
3本发明一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，设计简单、成本低廉，与现有的铸锭炉的兼容性好，适合产工业化生产的大范围推广。

附图说明

[0009] 图1为本发明结构示意图；图2为本发明楔形导气装置结构放大示意图。

[0010] 附图中标记及相应的零部件名称：1-炉体，2-隔热笼，3-升降丝杠，4-升降装置，5-石墨气体套管，6-石墨加热器，7-坩埚盖板，8-石墨护板，9-石英坩埚，10-硅熔体，11-定向凝固底座，12-隔热底板，13-支柱，14-楔形导气装置，15-惰性气源。

具体实施方式

[0011] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例

[0012] 如图1至2所示，本发明一种制备低碳低氧硅锭的坩埚炉，包括炉体1，在炉体1内安装有隔热笼2，隔热笼2上连接有升降装置4，升降装置4通过升降丝杠3来实现隔热笼2的升降，隔热笼2的底部为隔热底板12，隔热笼2内安装有定向凝固底座11，定向凝固底座11的底部由穿过隔热底板12的支柱13支撑，在定向凝固底座11上安装有石英坩埚9，石英坩埚9内部承装的是硅熔体10，在石英坩埚9的四周安装有石墨护板8，石墨护板8的高度大于石英坩埚9的高度，在石墨护板8上方安装有坩埚盖板7，坩埚盖板7固定在石墨气体套管5上，石墨气体套管5穿过炉体1、隔热笼2、以及坩埚盖板7，石墨气体套管5将外部的惰性气源15与石英坩埚9内部连通，在石墨气体套管5上安装有位于坩埚盖板7上方的石墨加热器6，在坩埚盖板7底部安装有楔形导气装置14，楔形导气装置14由垂直于坩埚盖板7的立板和斜板连接而成，且立板位于远离石墨气体套管5的一端，作为替换的结构，楔形导气装置14包括安装在石墨气体套管5开口端且垂直于坩埚盖板7的环形板，在环形板上连接有锥面板，锥面板构成的锥体与石墨气体套管5同轴。

[0013] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

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