專利名稱：用于鑄錠爐的分體式隔熱籠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于鑄錠爐的隔熱籠結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鑄錠爐的分體式隔熱籠。
背景技術(shù)：
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，近些年來在各國都得到了迅速的發(fā)展。目前，應(yīng)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(zhuǎn)換效率高，成品質(zhì)量好，但單晶硅片存在制備成本高、產(chǎn)量低的缺點。多晶硅生產(chǎn)成本較單晶硅低，生產(chǎn)周期短和產(chǎn)量大。目前多晶硅片主要是采用定向凝固法進(jìn)行鑄錠的，在鑄錠過程中，原生多晶硅在高溫下先全部熔化，然后再重新形核生長為多晶硅錠，經(jīng)過開方切片后得到最終的多晶硅片。這一工藝在長晶開始時，熔化的硅液在坩堝底部異質(zhì)形核，形成大量的晶核，在長晶過程中，這些晶核逐漸長大，并相互合并，形成柱狀晶粒。這種前期硅料完全熔化然后長晶的工藝生產(chǎn)出的多晶硅晶粒小，晶界位錯多，少子壽命低，制成的太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率較單晶硅太陽能電池低。目前解決這一問題的方法之一是在坩堝底部鋪設(shè)單晶，在熔化的過程中通過一定的控制方法使底部的單晶不熔化，在長晶時作為籽晶，硅液在單晶硅上直接生長，從而減少多晶硅的晶界和位錯，生產(chǎn)出接近單晶硅的準(zhǔn)單晶硅。目前鑄造單晶硅控制籽晶熔化程度的措施主要有在熔化階段打開隔熱籠散熱或在熱交換塊下方通入冷卻水(氣)，但這種方法使用的是一體式隔熱籠，在長晶過程中隔熱籠打開時整體熱量散失較多，能耗高，且硅液內(nèi)部的溫度梯度不大，籽晶的熔化程度難以控制。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述問題，對原有的一體式的側(cè)隔熱籠進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種用于鑄錠爐的分體式隔熱籠，其可以降低生產(chǎn)的能耗，提高可操作性和降低工藝難度。本實用新型通過下列技術(shù)方案解決上述問題提供一種用于鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特征在于該分體式隔熱籠由上側(cè)隔熱籠和下側(cè)隔熱籠組成，且上側(cè)隔熱籠和下側(cè)隔熱籠的底端四周設(shè)有向內(nèi)突出的環(huán)形擋塊。根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，該環(huán)形擋塊為L形。根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，所述的上側(cè)隔熱籠由吊桿固定在上爐體上，下側(cè)隔熱籠由提升連桿連接，可以上下運動。當(dāng)下側(cè)隔熱籠閉合時，下側(cè)隔熱籠的頂端不低于上側(cè)隔熱籠的環(huán)形擋塊上表面。根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，頂加熱器和側(cè)加熱器位于上側(cè)隔熱籠內(nèi)，頂加熱器和側(cè)加熱器與上側(cè)隔熱籠之間存在間隙(即不接觸)。根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，熱交換塊由支柱固定于下側(cè)隔熱籠內(nèi)，并低于上側(cè)隔熱籠底端的環(huán)形擋塊。[0010]根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，上側(cè)隔熱籠上部設(shè)有頂隔熱板，下側(cè)隔熱籠底部設(shè)有內(nèi)與其閉合的固定的底隔熱板，底隔熱板上設(shè)有能與下側(cè)隔熱籠底端環(huán)形擋塊密封接觸的凹槽。凹槽位于底隔熱板的邊緣，可與下側(cè)隔熱籠底端環(huán)形擋塊密封接觸。當(dāng)隔熱籠閉合時，環(huán)形擋塊頂端與底隔熱板頂面位于一個平面，可與底部隔熱板更好的閉合，減少熱量損失。根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，在上述的分體式隔熱籠中，隔熱籠是由起支撐作用的鋼架和起保溫作用的碳?xì)纸M成，突出的環(huán)形隔熱擋塊所用材料的與隔熱籠主體部分的材料一致。本實用新型中，側(cè)隔熱籠分為固定和活動的上下兩部分，并由上側(cè)隔熱籠底端的環(huán)形擋塊將熱腔室分隔為上下兩部分，上下兩個腔室為兩個相對獨立的部分。由于上腔室底部環(huán)形的隔熱擋塊的阻擋效應(yīng)，上腔室加熱器產(chǎn)生的熱量無法直接輻射到下腔室，使得下腔室的升溫速率低，這樣在坩堝內(nèi)部的溫度梯度較大，可以保證坩堝底部的單晶籽晶在熔化階段不上浮熔化。由于隔熱籠被分為上下兩部分，在下腔室打開時，上隔熱籠相對封閉，上腔室的熱量散失減少，因此能耗降低。在整個生產(chǎn)工藝中上側(cè)隔熱籠固定不動，只有下側(cè)隔熱籠運動，可以有效的節(jié)省爐體空間，降低整個爐體的高度。

圖1是本新型實用的分體式隔熱籠的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的分體式隔熱籠的工作狀態(tài)示意圖。圖3是本實用新型的分體式隔熱籠的上側(cè)隔熱籠3和下側(cè)隔熱籠4的環(huán)形擋塊， 以及下隔熱板11的凹槽的局部放大示意圖。圖中的標(biāo)記為1為上爐體、2為頂部隔熱板、3為上側(cè)隔熱籠、4為下側(cè)隔熱籠、5 為吊桿、6為提升連桿、7為頂加熱器、8為側(cè)加熱器、9為下爐體、10為支柱、11為下隔熱板、 12為熱交換塊、13為坩堝、14為氬氣輸入管、3'為上側(cè)隔熱籠3的環(huán)形擋塊，4'為下側(cè)隔熱籠4的環(huán)形擋塊，11'為隔熱板11的凹槽。
具體實施方式
以下是本實用新型的具體實施方式
，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述，但本實用新型并不限于這些實施方式。參見附圖1所示的單晶鑄錠爐，包括上爐體1，頂部隔熱板2，上側(cè)隔熱籠3和下側(cè)隔熱籠4，上下側(cè)隔熱籠底部都有L形環(huán)形擋塊3'、4'，環(huán)形擋塊的材料與側(cè)隔熱籠的材料相同。上側(cè)隔熱籠3和頂部隔熱板2由吊桿5懸掛在爐體1上并固定不動，下側(cè)隔熱籠 4由提升連桿6控制升降，上側(cè)隔熱籠3內(nèi)安裝側(cè)加熱器8和頂加熱器7，加熱器與上側(cè)隔熱籠之間存在間距。在下爐體9中，由支柱10支撐底隔熱板11和熱交換塊12。底隔熱板 11四周有凹槽11'，在加熱時，底隔熱板11可以與下側(cè)隔熱籠4閉合。閉合時，下側(cè)隔熱籠4的頂端不低于上側(cè)隔熱籠3的環(huán)形擋塊上表面。熱交換塊12上放置坩堝13，坩堝13 內(nèi)承裝單晶籽晶和多晶硅料。熱交換塊12位于下側(cè)隔熱籠4內(nèi)，并低于上側(cè)隔熱籠3的環(huán)形擋塊。單晶鑄錠爐的工作流程是將單晶籽晶鋪設(shè)在坩堝的底部，再在單晶籽晶上按照配比裝入多晶硅料。將裝滿原料的坩堝放置在熱交換塊12上，閉合爐體，下側(cè)隔熱籠4下降與底隔熱板11閉合。加熱硅料，同時氬氣經(jīng)氬氣輸入管14通入腔體內(nèi)，直至坩堝上部的硅料完全熔化，由于上側(cè)隔熱籠底部環(huán)形擋塊阻擋了加熱器的熱量向坩堝底部的輻射，坩堝底部的溫度要比正常工藝低20-50°C，可以使底部的單晶籽晶在較長的時間不熔化上浮。 在長晶時，按照工藝緩慢的向上提升下側(cè)隔熱籠4，使熱交換塊下部的空間可以與爐壁進(jìn)行熱量交換，同時降低加熱器的溫度，以產(chǎn)生一個垂直的溫度梯度，實現(xiàn)硅溶液的定向凝固。 采用本實用新型中的分體式隔熱籠結(jié)構(gòu)，在長晶時對邊角進(jìn)行保溫，從而減緩長晶時邊角散失的熱量，改善熱場內(nèi)溫度梯度分布，拉平長晶界線獲得更垂直的溫度梯度，縮短硅晶體中心長晶結(jié)束和邊角長晶結(jié)束所用時間差距，同時可以改善晶向，降低能耗。
權(quán)利要求1.用于鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特征在于該分體式隔熱籠由上側(cè)隔熱籠C3)和下側(cè)隔熱籠(4)組成，且上側(cè)隔熱籠C3)和下側(cè)隔熱籠的底端四周設(shè)有向內(nèi)突出的環(huán)形擋塊(3'、4')。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于所述環(huán)形擋塊(3'、4')為L形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于所述的上側(cè)隔熱籠(3)由吊桿 (5)固定在上爐體(1)上，下側(cè)隔熱籠由提升連桿(6)可上下運動地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于上側(cè)隔熱籠(3)內(nèi)設(shè)置有頂加熱器(7)和側(cè)加熱器(8)，上側(cè)隔熱籠(3)和頂加熱器(7)及側(cè)加熱器⑶之間存在間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于熱交換塊(1 由支柱(10)固定于下側(cè)隔熱籠內(nèi)，并低于上側(cè)隔熱籠(3)底端的環(huán)形擋塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于所述的上側(cè)隔熱籠(3)上部設(shè)有頂部隔熱板O)，下側(cè)隔熱籠(4)底部設(shè)有能與其閉合的固定的底隔熱板(11)，底隔熱板 (11)上設(shè)置有能與下側(cè)隔熱籠(4)底端環(huán)形擋塊密封接觸的凹槽(11')，且閉合時環(huán)形擋塊底端與底隔熱板(11)頂面位于一個平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于當(dāng)下側(cè)隔熱籠閉合時，下側(cè)隔熱籠(4)頂端不低于上側(cè)隔熱籠(3)的環(huán)形擋塊上表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式隔熱籠，其特征在于上側(cè)隔熱籠(3)和下側(cè)隔熱籠 (4)以及環(huán)形擋塊由起支撐作用的鋼架和起保溫作用的碳?xì)纸M成。
專利摘要本實用新型公開了一種用于鑄錠爐的分體式隔熱籠，其特征在于該分體式隔熱籠由上側(cè)隔熱籠(3)和下側(cè)隔熱籠(4)組成，且上側(cè)隔熱籠(3)和下側(cè)隔熱籠(4)的底端四周設(shè)有向內(nèi)突出的環(huán)形擋塊(3′、4′)。該分體式隔熱籠解決了現(xiàn)有鑄錠爐在熔化過程中，單晶籽晶上浮熔化的問題，可在鑄錠爐內(nèi)生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)異的鑄造單晶硅。
文檔編號C30B28/06GK202164374SQ201120152409
公開日2012年3月14日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者楊曉琴, 武鵬, 田義良, 胡亞蘭, 陳偉 申請人:江蘇協(xié)鑫硅材料科技發(fā)展有限公司