用于晶体硅铸锭炉的导流装置和晶体硅铸锭炉
技术领域
本实用新型涉及晶体硅铸锭技术领域，特别是涉及用于晶体硅铸锭炉的导气管和晶体硅铸锭炉。
背景技术
据统计，太阳电池产业是近几年发展最快的产业之一，并且在各种类型的太阳电池中，晶体硅太阳电池由于其转换效率高，技术成熟而继续保持领先地位。目前，晶体硅主要是通过现有晶体硅铸锭炉进行铸锭。由于晶体硅在铸锭过程中，碳含量会严重影响晶体硅的电学性能，使得晶体硅太阳电池的转换效率下降，此外，高浓度的碳含量还将影响硅片的机械性能。目前行业内主要采用导流装置，并在晶体硅铸锭炉内引入惰性气体的方式进行排杂，惰性气体从晶体硅铸锭炉内坩埚中央部位被引入，然后从四周排出。然而，传统的导流装置往往将气体直接吹入坩埚，导致坩埚中心过冷，影响硅锭质量；且排杂效果有限。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种用于晶体硅铸锭炉的导流装置和晶体硅铸锭炉，通过所述导流装置，可以向坩埚中央部位引入螺旋气流，该螺旋气流具有一定的离心力作用，有利于后续晶体硅铸锭过程的硅锭排杂。
第一方面，本实用新型提供了一种用于晶体硅铸锭炉的导流装置，包括固定套筒和至少一个中空的导流筒，所述固定套筒用于将所述导流筒固定在所述晶体硅铸锭炉上；所述导流筒两端口之间的筒壁内侧上设有螺旋凹槽，气体经所述导流装置后能形成螺旋气流。
可选地，所述导流筒的筒壁厚度为5-10mm；所述螺旋凹槽的深度占所述导流筒的筒壁厚度的1/3-2/3。
可选地，所述螺旋凹槽的截面宽度为4-8mm。
可选地，所述螺旋凹槽底面的切线与所述导流筒中心轴线的夹角为35-60°。
可选地，所述导流筒的内径为60-70mm。
可选地，所述固定套筒还包括分流腔，所述分流腔与所述导流筒贯通，所述分流腔还用于连通外部气源。
可选地，所述固定套筒套设在所述导流筒的一端，以固定所述导流筒。
第二方面，本实用新型还提供了一种晶体硅铸锭炉，包括炉体，和设置在所述炉体内的坩埚、热交换台、护板、加热器、隔热笼和如本实用新型第一方面所述的导流装置，所述坩埚设于所述热交换台上，所述坩埚的外围依次套设所述护板和所述加热器，所述坩埚、所述热交换台、所述护板和所述加热器均设于所述隔热笼内；所述导流装置的所述固定套筒设置在炉体上，所述导流筒依次贯穿所述隔热笼和所述加热器的顶部，并延伸至所述坩埚的开口上部，所述导流筒的长度方向垂直于所述坩埚底部表面。
可选地，所述导流筒距离所述坩埚开口所在平面的高度为10-15cm。
可选地，由每个所述导流筒通入的气体的流量为20-30L/min。
可选地，所述加热器包括顶部加热器和侧部加热器，所述顶部加热器设置在所述坩埚的顶部，所述侧部加热器设置在所述护板的外围。
可选地，所述隔热笼由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成的热场腔室。
可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。
可选地，所述多晶硅铸锭热场结构还包括用于遮盖所述坩埚的石墨盖板。
本实用新型有有益效果：
(1)本实用新型所述用于晶体硅铸锭炉的导流装置，其包括筒壁内侧上设有螺旋凹槽的导流筒，通过所述导流装置，可以向坩埚中央部位引入螺旋气流，该螺旋气流具有一定的离心力作用，有利于后续晶体硅铸锭过程的硅锭排杂。
(2)本实用新型所述晶体硅铸锭炉，包括所述导流装置，在晶体硅铸锭过程中，可以通过所述导流装置向炉内引入惰性气体，并以螺旋气流形式通入坩埚，由于螺旋气流具有离心力作用，有利于将杂质向硅锭四周扩散，有利于硅锭排杂；并且，本申请晶体硅铸锭炉中的导流装置，可以避免气体沿垂直坩埚底面方向直接吹入坩埚内所导致坩埚中心过冷现象，大大提升硅锭质量。由所述晶体硅铸锭炉制得的硅锭具有质量好，良品率高的特点，可以大大较少生产成本。
本实用新型的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本实用新型实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本实用新型的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本实用新型一实施方式提供的导流装置10的结构示意图；
图2为本实用新型一实施方式提供导流装置10的导流筒的截面结构示意图；
图3为图2中本实用新型一实施方式提供的导流装置10的导流筒的局部截面结构示意图；
图4为本实用新型一实施方式提供的晶体硅铸锭炉100的结构示意图；
图5为本实用新型一实施方式提供的不同晶体硅铸锭炉通气后的坩埚内硅液表面效果图；其中，图5中(A)为改进前的晶体硅铸锭炉内的硅液表面效果图，图5中(B)为改进后的晶体硅铸锭炉内的硅液表面效果图。
具体实施方式
以下所述是本实用新型实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型实施例的保护范围。
如图1和图2所示，为本实用新型提供的用于晶体硅铸锭炉的导流装置10，包括固定套筒11和至少一个中空的导流筒12，所述固定套筒10用于将所述导流筒12固定在所述晶体硅铸锭炉20上；所述导流筒12两端口之间的筒壁121内侧上设有螺旋凹槽122，气体经所述导流装置10后能形成螺旋气流。
本实用新型实施方式中，所述固定套筒11与导流筒12的下端套设在一起，以固定所述导流筒12。所述固定套筒11可以设置在晶体硅铸锭炉的顶部。
本实用新型实施方式中，所述导流筒12的筒壁厚度为5-15mm。进一步地，可选地，所述导流筒12的筒壁厚度为5-15mm。进一步地，可选地，所述导流筒12的筒壁厚度为5-15mm。
参见图3，所述导流筒12的筒壁121内侧上，所述螺旋凹槽122的深度如H所示。可选地，所述螺旋凹槽122的深度占所述筒壁厚度的1/3-2/3。可选地，所述螺旋凹槽122的深度占所述筒壁厚度的1/3-1/2。该厚度范围的所述导流筒可以同时兼顾结构的稳定性，还有利于形成螺旋气流。
可选地，所述螺旋凹槽122的深度可以但不限于为3-10mm。进一步地，可选地，所述螺旋凹槽的深度可以但不限于为5-10mm。例如，所述螺旋凹槽的深度可以但不限于为5mm，或为8mm，或为10mm。
本实用新型实施方式中，所述螺旋凹槽122的截面宽度如D所示，所述螺旋凹槽122的截面宽度是指所述凹槽两侧壁之间的最短距离。
可选地，所述螺旋凹槽122的截面宽度为4-8mm。例如，所述螺旋凹槽的截面宽度可以但不限于为4mm，或为5mm，或为6mm，或为7mm，或为8mm。
本实用新型实施方式中，所述螺旋凹槽122底面的切线与所述导流筒中心轴线的夹角如α所示，参加图3。
可选地，所述螺旋凹槽122底面的切线与所述导流筒12中心轴线的夹角可以但不限于为35-60°。
可选地，所述螺旋凹槽122底面的切线与所述导流筒12中心轴线的夹角可以但不限于为45-60°。
例如，所述螺旋凹槽122底面的切线与所述导流筒12中心轴线的夹角可以但不限于为35°，或为40°，或为45°，或为50°，或为55°，或为60°。
本实用新型实施方式中，通过调节不同大小范围的夹角，有利于调节由所述导流装置产生的螺旋气流的离心力和螺旋气流的覆盖范围。
本实用新型实施方式中，所述导流筒的内径和长度可以基于实施应用过程中进行调整；当用于尺寸较大的晶体硅铸锭炉时，可以对应较大尺寸的长度和内径；当用于尺寸较小的晶体硅铸锭炉时，可以对应较小尺寸的长度和内径。
可选地，所述导流筒的内径为60-70mm。
进一步地，可选地，所述导流筒的两端口的内径可以相同也可以不同。例如，所述导流筒的内径可以从一端口至另一端口逐渐增加，或逐渐减小。
本实用新型实施方式中，所述固定套筒还包括分流腔，所述分流腔与所述导流筒贯通，所述分流腔还用于连通外部气源。当所述导流装置包括多个导流筒时，所述固定套筒通过所述分流腔将气体分别输送给各个所述导流筒。
本实用新型实施方式中，所述导流筒具有坚固和耐高温的性质。例如，所述导流筒可以但不限于包括石墨导流筒、石英导流筒或耐高温金属导流筒。
本实用新型实施方式中，所述导流装置，其包括筒壁内侧上设有螺旋凹槽的导流筒，通过所述导流装置，可以向坩埚中央部位引入螺旋气流，该螺旋气流具有一定的离心力作用，有利于后续晶体硅铸锭过程的硅锭排杂。
如图4所示，为本实用新型提供的晶体硅铸锭炉100，所述晶体硅铸锭炉100包括前面实施方式中提供的导流装置10。具体地，所述晶体硅铸锭炉100还包括炉体30，和设置在所述炉体30内的坩埚40、热交换台50、护板60、加热器70和隔热笼80，所述坩埚40设于所述热交换台50上，所述坩埚40的外围依次套设所述护板60和所述加热器70，所述坩埚40、所述热交换台50、所述护板60和所述加热器70均设于所述隔热笼80内，所述导流装置10的固定套筒11设置在炉体顶部，所述导流筒12依次贯穿所述隔热笼80和所述加热器70的顶部，并延伸至所述坩埚40的开口上部，所述导流筒12的长度方向垂直于所述坩埚40底部表面。
本实用新型实施方式中，所述坩埚可以为石英坩埚、石墨坩埚或陶瓷坩埚。可选地，所述坩埚还包括其他硬质材质的坩埚。可选地，所述坩埚表面还可以但不限于包括氮化硅层。
本实用新型实施方式中，所述加热器70包括顶部加热器71和侧部加热器72，所述顶部加热器71设置在坩埚40的顶部，所述侧部加热器72设于所述护板60与所述隔热笼80之间的空隙中，所述侧部加热器72设置所述护板60的外围。所述顶部加热器71设有至少一个第一通孔，所述导流筒12穿过所述第一通孔到达所述坩埚40的开口上部。
可选地，热交换台50可以为DS板。例如，所述热交换台可以为DS块(DS-Block)。
本实用新型实施方式中，护板60的截面形状与坩埚的截面形状相匹配。例如。所述护板可以但不限于紧贴着所述坩埚。可选地，当所述护板未紧贴着所述坩埚，护板为不同于坩埚的截面形状时，所述护板与所述坩埚之间的空隙填有石墨软毡。通过填充的石墨软毡可以有效使护板与坩埚之间相贴合匹配，在对称分布的加热器下，有效使坩埚的同一水平面热量分布更均匀，不易形成热量死角。
本实用新型实施方式中，所述隔热笼80由顶部隔热板、侧部隔热板和底部隔热板构成一密封的热场腔室。可选地，所述隔热笼包括至少一层保温层。本实用新型中，所述隔热笼具有良好的保温隔热的作用，可以极大地较少温度的散失，保证整个多晶硅铸锭热场结构温度的对称分布，且降低热场的功耗。
可选地，所述顶部隔热板上设置至少一个第二通孔；所述导流筒12穿过所述第二通孔，以穿过到达所述隔热笼80。
可选地，所述晶体硅铸锭炉100还包括用于所述遮盖所述坩埚的石墨盖板。所述石墨盖板上可以但不限于设有至少第三通孔。所述导流筒12可以但不限于穿过所述第三通孔。
本实用新型实施方式中，所述导流筒距离所述坩埚开口所在平面的高度为10-15cm。进一步地，可选地，所述导流筒距离所述坩埚开口所在平面的高度为12-15cm。所述距离范围内下，由所述导流筒送入所述坩埚中的螺旋气流的除杂效果更佳突出；并且，可以有效避免气体对坩埚中心造成过冷现象。
本实用新型实施方式中，由所述导流装置向炉内通入的气体流量可以基于实际晶体硅铸锭炉的尺寸，以及实际生产工艺进行调节。通过调节所述气体流量的大小，以及所述导流筒的螺旋凹槽参数，可以改变螺旋气流的强度，有利于进一步调控硅锭的排杂。
可选地，由每个所述导流筒通入的气体的流量为20-30L/min。
本实用新型实施方式中，所述导流装置10的其他具体限定，与上面实施方式中对导流装置的限定一致，该实施方式中不再重复赘述。
本实用新型实施方式中，除所述导流装置10外，所述晶体硅铸锭炉100的其他组件可以但不限于现有常规结构，本实用新型实施方式中不再具体罗列。
本实用新型实施例提供的晶体硅铸锭炉100，包括所述导流装置，在晶体硅铸锭过程中，可以通过所述导流装置向炉内引入惰性气体，并以螺旋气流形式通入坩埚，由于螺旋气流具有离心力作用，有利于将杂质向硅锭四周扩散，有利于硅锭排杂；并且，本申请晶体硅铸锭炉中的导流装置，可以避免气体沿垂直坩埚底面方向直接吹入坩埚内所导致坩埚中心过冷现象，大大提升硅锭质量。由所述晶体硅铸锭炉制得的硅锭具有质量好，良品率高的特点，可以大大较少生产成本。
效果实施例
分别对本实用新型实施例提供的晶体硅铸锭炉和含普通的导流筒(筒壁内侧上无旋转凹槽)的晶体硅铸锭炉进行测试；通过导流筒以20-30L/分流量，向坩埚通入惰性气体，其中，导流筒距离所述坩埚开口所在平面的距离为15cm，结果参见如图5所示。
从图5中(A)的改进前的晶体硅铸锭炉测试结果可知，传统导流筒的筒壁内侧没有设特殊结构，无旋转凹槽，当气体从该导流筒通过并输入坩埚时，坩埚硅液的液面波动少，相对平静。从图5中(B)的改进后的晶体硅铸锭炉测试结果可知，本实用新型实施例提供的晶体硅铸锭炉，导流筒的筒壁内侧上设有螺旋凹槽，当气体从该导流筒通过并输入坩埚后，液面波动较大，液面成涟漪状波动，液面上的杂质随着涟漪向硅液四周扩散，使杂质往边部集中。
需要说明的是，根据上述说明书的揭示和和阐述，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些等同修改和变更也应当在本实用新型的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。
