一種制備高純晶硅鑄錠的坩堝蓋板裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本實用新型屬于晶體硅太陽能光伏技術領域，具體涉及一種制備高純晶硅鑄錠的坩禍蓋板裝置。
【背景技術】
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[0002]太陽能光伏是新能源利用的主要形式之一，有著良好的發(fā)展前景。太陽電池是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件，制備太陽電池的材料主要是晶體硅，晶體硅鑄錠的制備成本和品質直接決定太陽電池的制備成本和光電轉換效率。在晶體硅鑄錠的各種制備方法中，定向凝固法由于其控制簡便、易于大尺寸生長、平均能耗小，且生產(chǎn)的鑄錠能夠直接切成方形硅片、材料損耗小等優(yōu)勢而得到廣泛應用。
[0003]定向凝固法制備多晶娃鑄錠從上世紀90年代末的每錠不足10kg發(fā)展到現(xiàn)在800kg，投料量逐步增大。同時，鑄錠工藝不斷更新，運行周期明顯縮短；鑄錠所需熱場結構不斷改進，能耗進一步降低。相應的鑄錠質量不斷提高，電池光電轉換效率顯著提升。然而，多晶硅鑄錠中存在的晶界、位錯以及較高的雜質濃度卻一直存在。準單晶硅/高效多晶硅鑄錠雖然克服了上述個別缺點，但鑄錠中都無可避免的存在較高濃度的雜質。
[0004]晶硅鑄錠定向凝固過程所用原料品質一般較低，加之來自石英坩禍及爐體內部石墨組件的污染，鑄錠中通常含有高濃度的O、C雜質。雜質元素易在位錯和晶界處偏聚，從而對少數(shù)載流子壽命和太陽能電池效率產(chǎn)生負面影響。例如，鑄錠中C濃度過高時，會形成SiC沉淀，誘生缺陷，并影響后續(xù)切片過程，導致材料的電學性能變差、成品率降低。
[0005]目前大多數(shù)廠家在進行晶硅鑄錠過程時，會使用結構簡單的C/C蓋板來控制雜質輸運。但是，在鑄錠過程中，爐內石墨組件、C/C板中的雜質，尤其是C雜質，會通過氣體回流被輸運至硅料(化料階段)或硅熔體(長晶階段)表面，從而污染坩禍內的硅料或硅熔體，影響晶娃鑄錠質量。
[0006]因此，尋求更有效的蓋板結構和材質，以便更有效地降低鑄錠中的雜質濃度，對于提尚娃晶體質量和太陽能電池效率具有重要意義。
【實用新型內容】:
[0007]本實用新型的目的是根據(jù)爐內氣流結構，設計簡單有效、使用方便、可應用于大規(guī)模生產(chǎn)的制備高純晶硅鑄錠的坩禍蓋板裝置，以此來改善鑄錠過程中保護氣體的流動結構，純化晶硅鑄錠的生長環(huán)境，降低鑄錠中的雜質含量，特別是C雜質的含量，提高晶硅鑄徒的品質，提尚娃料利用率和娃片得率。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用采用如下的技術方案予以實現(xiàn):
[0009]一種制備高純晶硅鑄錠的坩禍蓋板裝置，包括U型坩禍蓋板、保護氣體進氣管、滑動套管、坩禍蓋板升降桿以及蓋板升降裝置；其中，所述U型坩禍蓋板中心開設有用于向爐體內部輸送保護氣體的通氣孔；u型坩禍蓋板通過其通氣孔處設置的滑動套管與保護氣體進氣管滑動連接；坩禍蓋板升降桿的下方與U型坩禍蓋板相連，其上方與蓋板升降裝置相接。
[0010]本實用新型進一步的改進在于:所述U型坩禍蓋板為具有鈍化涂層的C/C蓋板，其熔點大于1800K。
[0011]本實用新型進一步的改進在于:U型坩禍蓋板為U形狀槽，U型坩禍蓋板四周側壁的厚度與水平部分一致，且厚度為2-10毫米，U型坩禍蓋板的側壁高度為40-70毫米。
[0012]本實用新型進一步的改進在于:U型坩禍蓋板中心開設的通氣孔的形狀為圓形孔，所述圓形孔的直徑范圍為60-110毫米。
[0013]本實用新型進一步的改進在于:U型坩禍蓋板設置在石英坩禍內，且U型坩禍蓋板與石英坩禍內壁的間距為30-50毫米。
[0014]本實用新型進一步的改進在于:石英坩禍內為硅區(qū)域。
[0015]本實用新型進一步的改進在于:該坩禍蓋板結構設置有兩套坩禍蓋板升降桿和蓋板升降裝置，兩套坩禍蓋板升降桿和蓋板升降裝置分別對稱設置在保護氣體進氣管的兩側。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下的顯著效果:
[0017]本實用新型提供的坩禍蓋板裝置，在化料過程中，隨著硅料表面的變化向下移動，以保持蓋板與硅料表面之間的距離，而在長晶過程中維持不動，從而使通過保護氣體進氣管進入硅料表面與蓋板下表面之間的惰性保護氣流，從硅料(或硅熔體)表面中心處沿半徑向外周流動，然后從蓋板側壁與坩禍內壁之間的空隙通道流出，通過流經(jīng)硅料(或硅熔體)表面的惰性保護氣流及時有效地帶走硅料(或硅熔體)表面在高溫條件下?lián)]發(fā)出來的雜質成分(如O雜質等)。同時，本實用新型的U型蓋板設計，可以有效抑制爐腔氛圍氣中的雜質成分(如0、c雜質等)通過氣體回流和擴散作用到達硅料(化料階段)或者硅熔體(長晶階段)表面從而污染坩禍內的硅料或硅熔體，降低晶硅鑄錠內的雜質含量，提高硅晶體的質量。
[0018]本實用新型的U型坩禍蓋板，蓋板側壁與石英坩禍內壁面保持一定距離，可以有效排除鑄錠過程中揮發(fā)產(chǎn)生的雜質組分，并有效抑制爐腔石墨部件在高溫下產(chǎn)生的雜質組分被保護氛圍氣輸運至娃料或娃恪體表面。
[0019]本實用新型的U型坩禍蓋板與坩禍蓋板升降桿相連，在坩禍蓋板升降桿的控制下，蓋板距離硅料或者硅熔體表面的距離可以根據(jù)實際需要進行實時調整，從而避免雜質組分被渦旋氣流輸運至硅料或硅熔體表面并污染硅料或硅熔體的情況出現(xiàn)。
[0020]綜上所述，本實用新型制作方法簡單、使用方便、具有良好的工業(yè)應用前景。
【附圖說明】
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[0021]圖1為本實用新型制備高純晶硅鑄錠的坩禍蓋板裝置示意圖。圖1 (a)和圖1 (b)分別為化料階段和長晶階段的結構示意圖；
[0022]其中，I為保護氣體進氣管、2為滑動套管、3為U型坩禍蓋板、4為石英坩禍、5為硅區(qū)域、6為坩禍蓋板升降桿、7為蓋板升降裝置。
[0023]圖2為U型坩禍蓋板結構下硅熔體表面上方氬氣流動結構圖。
[0024]圖3為不同坩禍蓋板結構下S1和CO濃度局部分布圖；其中，圖3 (a)為平直蓋板結構下S1和CO濃度局部分布圖，圖3(b)為U型蓋板結構下S1和CO濃度局部分布圖。
[0025]圖4為不同坩禍蓋板結構下硅熔體內O、C雜質分布圖；其中，圖4(a)為平直蓋板結構下娃恪體內O、C雜質分布圖，圖4(b)為U型蓋板結構下娃恪體內O、C雜質分布圖。
【具體實施方式】
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[0026]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0027]如圖1所示，本實用新型一種制備高純晶硅鑄錠的坩禍蓋板裝置，包括U型坩禍蓋板3、保護氣體進氣管1、滑動套管2、坩禍蓋板升降桿6以及蓋板升降裝置7 ;其中，所述U型坩禍蓋板3中心開設有用于向爐體內部輸送保護氣體的通氣孔；U型坩禍蓋板3通過其通氣孔處設置的滑動套管2與保護氣體進氣管I滑動連接；坩禍蓋板升降桿6的下方與U型坩禍蓋板3相連，其上方與蓋板升降裝置7相接，從而來控制坩禍蓋板的移動，進而改善鑄錠過程中的保護氣體流動結構，純化晶硅的生長環(huán)境，降低晶硅鑄錠中的雜質含量。本實用新型制作方法簡單、使用方便、適用于大規(guī)模生產(chǎn)需要。
[0028]所述U型坩禍蓋板3為具有鈍化涂層的C/C蓋板，其熔點大于1800K。其中，U型坩禍蓋板3為U形狀槽，U型坩禍蓋板3四周側壁的厚度與水平部分一致，且厚度為2-10毫米，U型坩禍蓋板3的側壁高度為40-70毫米。此外，U型坩禍蓋板3中心開設的通氣孔的形狀為圓形孔，所述圓形孔的直徑范圍為
[0029]60-110 毫米。
[0030]上述U型坩禍蓋板3設置在石英坩禍4內，且U型坩禍蓋板3與石英坩禍4內壁的間距為30-50毫米。此間隙可保證鑄錠過程中產(chǎn)生的雜質氣體被有效的帶離硅料或硅熔體表面；同時，此間隙可以有效抑制外部石墨部件在高溫下產(chǎn)生的雜質組分進入硅料或硅熔體區(qū)域。這是因為所述U型坩禍蓋板設計增加了爐腔內氛圍氣中的雜質組分擴散進入熔體區(qū)域的阻力。
[0031]進一步地，該坩禍蓋板結構設置有兩套坩禍蓋板升降桿6和蓋板升降裝置7，兩套坩禍蓋板升降桿6和蓋板升降裝置7分別對稱設置在保護氣體進氣管I的兩側。
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