气体搅拌装置、铸锭炉及其使用方法
技术领域
本发明具体涉及一种气体搅拌装置、铸锭炉及其使用方法，适用于光伏行业铸锭生产设备或其它真空熔炼炉的生产。
背景技术
在光伏行业的生产过程中，晶硅铸锭炉是硅片生产的一种重要生产设备。晶硅铸锭生产过程中不可避免地会引入一些杂质，如：氧、碳、氮化硅等，这些杂质会在硅液中形成沉淀、复合体等，成为少数载流子的复合中心，影响硅片的少子寿命，从而降低晶硅太阳电池转换效率。另外，由于现有晶硅铸锭炉设备中没有搅拌装置，硅液在熔化后只能依靠热场温度梯度对硅液产生的温差分布来驱动硅液有少量流动，这种流动相对硅液总量来说是非常有限，使硅液中的杂质无法漂移到上表面或硅锭的边部而生长在晶体中间位置，势必会对晶体成品率造成一定影响。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种气体搅拌装置、铸锭炉及其使用方法，通过形成硅液的流动，有利于实现将硅液中的杂质上移到硅锭表面和侧部，提高产品质量。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明一种气体搅拌装置，包括：
升降单元；
进气管，与所述升降单元相连，由所述升降单元驱动进行升降运动；所述进气管上还设有进气口；
密封单元，与所述进气管相连，且用于连接铸锭炉，以实现铸锭炉内气体与外界隔离；
喷头，与所述进气管的出口相连，所述喷头的出气喷嘴的延伸方向与进气管的延伸方向之间存在夹角，喷头喷射出的气流将推动铸锭炉内的硅液流动。
可选地，所述出气喷嘴的内腔的直径沿着出气喷嘴的延伸方向逐渐变小，用于增加气流的流速。
可选地，所述密封单元为密封圈或真空波纹管。
可选地，所述进气管由不锈钢、氧化铝、碳化硅或石英玻璃制成。
第二方面，本发明提供了一种铸锭炉，包括铸锭炉本体，所述铸锭炉本体包括炉体、盖体、隔热笼、石墨导管、加热器和坩埚；所述盖体覆盖在所述炉体的开口处，所述盖体上设有缺口；所述隔热笼设于炉体内；所述石墨导管的一端所述盖体处的缺口相连通，另一端与所述隔热笼相连通；所述加热器和坩埚设于隔热笼内；所述坩埚上设有缺口；还包括气体搅拌装置，包括：
升降单元，与所述炉体相连；
进气管，其一端穿过所述石墨导管后经坩埚上的缺口进入坩埚内，另一端与所述升降单元相连，由所述升降单元驱动在炉体内做升降运动；所述进气管上还设有进气口；
密封单元，分别与所述进气管和炉体相连，以实现炉体内气体与外界隔离；
喷头，与所述进气管的出口相连，所述喷头的出气喷嘴的延伸方向与进气管的延伸方向之间存在夹角，喷头喷射出的气流将推动铸锭炉内的硅液流动。
可选地，所述密封单元为密封圈或真空波纹管。
可选地，所述进气管由不锈钢、氧化铝、碳化硅或石英玻璃制成。
可选地，所述出气喷嘴的内腔的直径沿着出气喷嘴的延伸方向逐渐变小，用于增加气流的流速。
第三方面，本发明提供了一种第二方面中任一项所述的铸锭炉的使用方法，其特征在于，包括：
利用升降单元驱动进气管上移，直到喷头完全进入到石墨导管中；
从进气管通入氩气，铸锭炉进入气体模式工作，并启动加热器运行；
当炉内温度达到预设温度，且坩埚内的硅液面下降到最低液位时，利用升降单元驱动进气管下移，使喷头进入坩埚内，并与硅液面保持预设的距离，调整氩气流量到合适大小，氩气经过进气管后和喷头进入坩埚内部，喷头喷射出的氩气气流将推动硅液形成流动，同时由于氩气气流为常温气体，在硅液上下形成一定温差，利用温差使得硅液形成流动。
可选地，所述方法还包括：当铸锭炉的长晶过程结束后，将利用升降单元驱动进气管上移，将喷头移入石墨导管内。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明中提出了一种新型的气体搅拌装置，该气体搅拌装置用于与铸锭炉配合使用，其设置了与进气管之间存在夹角的喷头，该喷头喷射出的气流将推动铸锭炉内的硅液流动，起到将气流加速形成喷射效果，同时由于气流为常温气体在硅液上下形成一定温差，温差也会使硅液形成流动，硅液的流动将有利于硅液中的杂质上移到硅锭表面和侧部，起到提高产品质量的目的。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的铸锭炉的整体结构示意图；
图2为本发明一种实施例的喷头的结构示意图
图3为本发明一种实施例的喷头喷射出的气流将推动铸锭炉内的硅液流动的效果示意图；
其中：
1-升降单元，2-进气管，3-密封单元，4-喷头，5-炉体，6-盖体，7-隔热笼，8-加热器， 9-坩埚，10-石墨导管，11-进气口，12-硅液面，13-喷嘴出口与水平硅液面之间角度，14-DS 块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。
在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种气体搅拌装置，如图1所示，包括：
升降单元1，本发明实施例中的升降单元1就是为了实现驱动进气管2的上下运动，因此只要能够满足此功能的升降单元1均可以被应用至本发明实施例中的气体搅拌装置，由于升降单元1的自身结构可以采用现有技术实现，因此本发明中不做过多赘述；
进气管2，与所述升降单元1相连，由所述升降单元1驱动进行升降运动；所述进气管2上还设有进气口11；在本发明的具体实施过程中，所述进气管2可以设置成L型；
密封单元3，与所述进气管2相连，且用于连接铸锭炉，以实现铸锭炉内气体与外界隔离；
喷头4，与所述进气管2的出口相连，所述喷头4的出气喷嘴的延伸方向与进气管2的延伸方向之间存在夹角，喷头4喷射出的气流将推动铸锭炉内的硅液流动。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述出气喷嘴的内腔的直径沿着出气喷嘴的延伸方向逐渐变小，用于增加气流的流速，增强搅拌效果。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述密封单元3为密封圈，在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述密封单元3为真空波纹管。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述进气管2的材料由不锈钢制成，在本发明实施例的其他具体实施方式中，所述进气管2的材料为氧化铝、碳化硅或石英玻璃。
实施例2
本发明实施例中提供了一种铸锭炉，包括铸锭炉本体，所述铸锭炉本体包括炉体5、盖体6、隔热笼7、石墨导管10、加热器8和坩埚9；所述盖体6覆盖在所述炉体5的开口处，所述盖体6上设有缺口；所述隔热笼7，设于炉体5内；所述石墨导管10的一端所述盖体6处的缺口相连通，另一端与所述隔热笼7相连通；所述加热器8和坩埚9设于隔热笼内；所述坩埚9上设有缺口，其底部设有DS块14；还包括气体搅拌装置，包括：
升降单元1，与所述炉体5相连；具体地，所述升降单元1可以通过螺栓、焊接等方式固定在盖体6上；
进气管2，其一端穿过所述石墨导管10后经坩埚上的缺口进入坩埚9内，另一端与所述升降单元1相连，由所述升降单元1驱动在炉体5内做升降运动；所述进气管2上还设有进气口11；
密封单元3，分别与所述进气管2和炉体5相连，以实现炉体5内气体与外界隔离；
喷头4，与所述进气管2的出口相连，所述喷头4的出气喷嘴的延伸方向与进气管2的延伸方向之间存在夹角。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述密封单元3为密封圈，在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述密封单元3为真空波纹管。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述进气管2的材料由不锈钢制成，在本发明实施例的其他具体实施方式中，所述进气管2的材料为氧化铝、碳化硅或石英玻璃。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述出气喷嘴的内腔的直径沿着出气喷嘴的延伸方向逐渐变小，用于增加气流的流速，进一步提高产品质量。
实施例3
本发明实施例中提供了一种实施例2中任一项所述的铸锭炉的使用方法，包括：
利用升降单元1驱动进气管2上移，直到喷头4完全进入到石墨导管10中；
从进气管2通入氩气，铸锭炉进入气体模式工作，并启动加热器8运行；
当炉内温度达到预设温度，且坩埚9内的硅液面下降到最低液位时，利用升降单元1 驱动进气管2下移，使喷头4进入坩埚9内，并与硅液面保持预设的距离，调整氩气流量到合适大小，氩气经过进气管2后和喷头4进入坩埚9内部，喷头4喷射出的氩气气流将推动硅液形成流动，同时由于氩气气流为常温气体，在硅液上下形成一定温差，利用温差使得硅液形成流动。
所述方法还包括：当铸锭炉的长晶过程结束后，将利用升降单元1驱动进气管2上移，将喷头4移入石墨导管10内。
下面结合一具体的实施过程对本发明实施例中的方法进行详细说明。
铸锭炉的炉体5分为上炉体5和下炉体5，将下炉体5下降，装入已装满多晶硅料的坩埚9，由于多晶硅料在未熔化前堆积的密度较低，硅料在坩埚9内高度较高，通常情况下是硅料堆积高度基本与坩埚9的上边沿接近。为避免喷头4接触到硅料，在装入坩埚9 前需先将进气管2上移，直到喷头4完全进入到石墨导管10中，此时可以按正常铸锭工艺运行。设备开始按照预先设定好的配方程序运行，第一步：抽真空、检漏程序；当检漏合格后进入第二步：从进气管2通入氩气，设备进入气体模式工作并开始通电加热运行；当程序配方到第三步熔化后期阶段，炉内温度达到1500左右，多晶硅料基本全部熔化，坩埚9内的硅液面12下降到最低液位，此时将进气管2下移，使喷头4进入坩埚9，并与硅液面12保持40-100mm左右，调整氩气流量到合适大小，氩气经过进气管2后和喷头4 进入坩埚9内部，喷头4的喷嘴出口设计成与水平硅液面12有一定角度13(见图3)，同时在喷头4内部为大直径到小直径过渡缩小的设计(见图2)，起到将气流加速形成喷射效果，喷射出的氩气气流将推动硅液形成流动，同时由于气流为常温气体在硅液上下形成一定温差，温差也会使硅液形成流动，硅液的流动将有利于硅液中的杂质上移到硅锭表面和侧部，起到提高产品质量的目的。气体搅拌过程将从熔化最高温开始进行，直到整个长晶结束；在配方进入退火程序时，将进气管2上移，将喷头4移入石墨导管10，使硅锭在退火、冷却期间不受气流影响，保持温度均匀；整个工艺过程结束。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
