技术领域 本发明涉及晶体生长技术领域， 进一步涉及硅锭热场装置及材料， 具体是铸造法 生产类似单晶硅锭热场装置及材料。 背景技术

生产硅锭的方法有： CZ法生产单晶硅锭， 铸锭法生产多晶硅锭， FZ法生产单晶 硅锭、 EFG生产硅带等方法。 由于成本问题， 目前太阳能电池片主要使用 CZ法单晶 硅片和铸造法多晶硅片。 CZ法单晶硅由于制造成本是铸锭多晶硅的 4〜5倍， 能耗上 高出 5〜7倍， 导致 CZ单晶硅的市场份额越来越少。 但由于铸锭法生产多晶硅锭， 存在大量的位错、 晶界， 使得铸锭法多晶硅片制成的电池片， 存在效率偏低的情况， 一直使铸锭法多晶硅锭无法完全取代 CZ单晶硅锭。

在国际上， 跨国巨头 BP公司的对用铸锭炉生产类似单晶 （准单晶） 硅锭的工艺 已开发多年， 2010年被 ALD收购， 使得 ALD多晶铸锭炉已经小规模开发出铸锭法 生产类似单晶硅锭的设备和工艺。

目前， 尚未见到针对利用在 GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生长类似单晶 （准 单晶）， 铸造法生产类似单晶硅锭热场梯度改进装置的 内容的公开报道或专利申请。

由于铸锭炉生长晶体需要从底部开始生长， 类似单晶的生长也只能从底部开始， 这就要求在硅料熔化时， 底部的晶种不能熔化或漂起。 由于 GT铸锭炉或四面加顶部 加热器的铸锭炉化料和生长温度曲线并不平整 ， 如果没有好的化料及生长等温曲线， 晶种在熔化过程中会出现边缘熔化而中心无法 正常熔接的情况， 必须需要 30mm (毫 米， 下同）高度以上的晶种才能保持化料后， 炉底依然有晶种存在。 这样势必增加晶 种成本， 导致类似单晶成本偏高， 无法批量化生产。 或者导致无法生产类似单晶。

GT或四面及顶面加热器的铸锭炉一般现有技术� ��改进前的结构如图 1所示， 导 热块 1置于石墨坩埚底护板 2下部， 石墨坩埚底护板 2上放置有陶瓷坩埚 5; 陶瓷坩 埚 5的侧部设置有石墨坩埚侧护板 3 ;在陶瓷坩埚 5 (坩埚一般高度为 400毫米至 600 毫米， 必要时可加高） 的四周上方设置有侧面加热器 4， 在陶瓷坩埚 5的上方设置有 顶部加热器 6; 侧面加热器 4和顶部加热器 6的四周设置有隔热笼 7。 未改进前形成 的模拟等温曲线 8如图 1所示， 由图 1可看出， 其化料及生长等温曲线不够平整。表 明： 如果不对热场温度梯度进行改进， 将无法用 GT或四面及顶面加热器的铸锭炉生 产类似单晶 （准单晶）。 这就是到目前为止， 没有使用 GT或四面及顶面加热器的铸 锭炉的厂家宣布能产准单晶的原因。 发明内容 本发明的目的就是提供一种铸造法生产类似单 晶硅锭热场梯度改进装置， 在 GT 炉或四面及顶部加热器的铸锭炉中采用该装置 ，可显著改善化料及生长等温曲线； 进 而可解决类似单晶晶种熔化问题， 解决类似单晶生产的高成本问题。

本发明通过改变 GT炉或四面加热器加顶部加热器的热场装置及� ��料， 从而改变 热场内部温度曲线， 实现该目的。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

铸造法生产类似单晶硅锭热场梯度改进装置， 其特征在于： 在 GT铸锭炉或四面 及顶部加热器的铸锭炉内， 在坩埚护板或坩埚外， 设置有 4面的保温层。用于对护板 或坩埚进行保温。

本发明的目的可通过以下方案进一步实现：

所述保温层设置于下述位置之一或之二或之三 或之四： 固定在坩埚护板上， 或固 定在坩埚与护板之间， 或固定在隔热笼上， 或固定在加热器上， 或固定在导热块上。

所述的保温层可分为竖向保温层和水平保温层 ，其中竖向保温层的高度确保向上 不超过坩埚护板及坩埚的上沿； 向下不超过导热块下沿或不超过导热块的下沿 100mm。

所述保温层设置为下列情形 a、 b、 c、 d之一或组合：

a所述保温层设置于坩埚护板外侧面上， 从距坩埚底部向上 l〜650mm的位置为 起始位置开始设置保温层；进一步是从距坩埚 底部向上 5〜600mm的位置为起始位置 开始设置保温层； 再进一步是从距坩埚底部向上 10〜550mm的位置为起始位置开始 设置保温层； 从距坩埚底部向上设置保温层的具体起始位置 可选择以下之一： lmm， 5mm, 10mm, 50mm, 90mm, 130mm, 170mm, 210mm, 250mm, 290mm, 330mm, 370mm, 410mm, 450mm, 490mm, 530mm, 550mm, 570mm, 600mm, 650mm。 保温层竖向设置。

b所述保温层设置于坩埚护板外侧面及导热块� �侧面上， 从距坩埚底部向下 1〜 200mm 的位置为起始位置开始设置保温层； 进一步是从距坩埚底部向下 5〜170mm 的位置为起始位置开始设置保温层； 再进一步是从距坩埚底部向下 10〜150mm的位 置为起始位置开始设置保温层；从距坩埚底部 向下设置保温层的具体起始位置可选择 以下之一： lmm, 5mm, 10mm, 30mm, 50mm, 80mm, 100mm, 130mm, 170mm, 200mm。 保温层竖向设置。

c所述保温层设置于坩埚护板内侧、 坩埚外侧， 从距坩埚底部向上 l〜650mm的 位置为起始位置开始设置保温层；进一步是从 距坩埚底部向上 5〜600mm的位置为起 始位置开始设置保温层； 再进一步是从距坩埚底部向上 10〜550mm的位置为起始位 置开始设置保温层； 从距坩埚底部向上设置保温层的具体起始位置 可选择以下之一： lmm, 5mm, 10mm, 50mm, 90mm, 130mm, 170mm, 210mm, 250mm, 290mm, 330mm, 370mm, 410mm, 450mm, 490mm, 530mm, 550mm, 570mm, 600mm, 650mm。 保温层竖向设置。

d所述保温层设置于隔热笼或加热器或导热块� �， 从距坩埚底部 ± l〜400mm的 位置设置保温层； 进一步是从距坩埚底部 ± 10〜350mm 的位置设置保温层； 再进一 步是从距坩埚底部 ± 20〜300mm 的位置设置保温层； 具体位置可选择以下之一： lmm, 5mm, 10mm, 20mm, 50mm, 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 350mm, 400mm。 保温层水平设置， 保温层的宽度为 50〜500mm; 进一步是 100〜 450mm; 再进一步是 150〜400mm。

具体保温层的宽度可选择以下之一： 50mm， 100mm, 150mm, 200mm, 250mm, 300mm, 350mm, 400mm, 450mm, 500mm。

所述保温层的高度为 l〜650mm;进一步是 20〜600mm;再进一步是 50〜550mm。 具体保温层的高度可选择以下之一： lmm, 10mm, 20mm, 50mm, 90mm, 130mm, 170mm, 210mm, 250mm, 290mm, 330mm, 370mm, 410mm, 450mm, 490mm, 530mm, 550mm, 570mm, 600mm, 650mm。

所述的保温层厚度为 0.01〜100mm;进一步是 0.1〜60mm;再进一步是 l〜40mm。 具体保温层的厚度可选择以下之一： 0.01mm, 0.1mm, 3.0mm, 6.0mm, 9.0mm, 12mm, 15mm, 18mm, 21mm, 24mm, 27mm, 30mm, 33mm, 36mm, 39mm, 42mm, 45mm, 48mm, 51mm, 55mm, 60mm, 65mm, 70mm, 75mm, 80mm, 85mm, 90mm, 95mm, 100mm。

所述保温层采用由内向外、 由上至下或由上下至中部的 2〜5级上薄下厚或上下 薄中部厚或上薄中下部厚的阶梯设置， 相邻阶梯的保温层所采用的材料相同或不同。 所述的保温层的材料采用非金属保温材料或金 属保温材料。

所述保温层的材料采用非金属保温材料，非金 属保温材料包括下述材料之一或组 合： 石墨毡、 陶瓷、 石英、 各种固化毡、 纤维毡、 碳毡、 采用碳纤维或陶瓷纤维为主 要原料制作的保温毡或保温块、氧化铝纤维毡 、采用各种结构氧化铝纤维为主要原料 的保温毡或保温块、 采用各种结构氧化锆纤维为主要原料的保温毡 或保温块。

所述保温层的材料采用金属保温材料， 金属保温材料包括下述材料之一或组合： 钨、 钼及与熔点在 1600摄氏度以上的高温合金。

所述非金属保温材料的导热系数在 0.001〜5W/m.K (瓦特 /米*开尔文） 之间； 进一步非金属保温材料的导热系数在 0.05〜3W/m.K之间； 再进一步非金属保温材料 的导热系数在 0.1〜lW/m.K之间。

本发明的有益效果在于： 在 GT炉或四面及顶部加热器的铸锭炉中采用该装� ��， 可显著改善化料及生长等温曲线； 进而可使晶种固化在炉底， 不熔化或漂浮， 同时可 以进一步降低晶种高度，通过本方法，可将晶 种控制在 20mm以下。晶种高度的下降， 可有效地降低生产成本。 附图说明 图 1为现有技术示意图； 图 2〜5为本发明示意图。

图中： 1、 导热块， 2、 坩埚底护板， 3、 坩埚侧护板， 4、 侧面加热器， 5、 坩埚， 6、 顶部加热器， 7、 隔热笼， 8、 模拟的等温曲线， 9、 保温层。 具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方 案， 并使本发明的上述目的、特征 和优点能够更加明显易懂， 下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明 。

实施例 1 :

如图 2所示， 导热块 1置于坩埚底护板 2 (底护板一般为石墨材料制作） 下部， 坩埚底护板 2上放置有坩埚 5 (—般为陶瓷坩埚）； 坩埚 5的四个侧部设置有坩埚侧 护板 3(侧护板一般为石墨材料制作）;在坩埚 5(坩埚 5—般高度为 400mm至 600mm， 必要时可加高） 的四周上方设置有侧面加热器 4， 在坩埚 5的上方设置有顶部加热器 6； 侧面加热器 4和顶部加热器 6的四周设置有隔热笼 7， 其中下面的隔热笼 7为固 定， 上面与四周的隔热笼 7为一体， 可提升。

四周环绕的保温层 9 (为图示清晰起见， 仅画出一侧保温层 9) 设置于坩埚 5的 坩埚侧护板 3与导热块 1外部， 紧贴于坩埚侧护板 3与导热块 1上； 改进后形成的模 拟等温曲线 8如图 2所示， 由图中可以看出， 其等温曲线明显平整， 表明： 改进后的 热场已经具备生产类似单晶的基本条件。

其中， 保温层 9分竖向与水平向两处， 竖向保温层分为三层， 最内层材料为石墨 毡， 石墨毡的厚度为 10mm， 石墨毡上端与坩埚侧护板 3上沿齐， 下端与导热块 1下 端齐； 整体的高度为 1000mm (或 1000mm左右） （本高度可称为保温层的高度， 即 多层保温层其中最大一单层的高度， 可称为多层保温层的高度）。

中间层材料为石英， 石英的厚度为 5mm， 石英上端距坩埚侧护板 3上沿 150mm (或 150mm左右），下端与导热块 1下端齐；整体的高度为 850mm (或 850mm左右）。

最外层材料为氧化铝纤维毡， 氧化铝纤维毡的厚度为 20mm， 氧化铝纤维毡上端 距坩埚侧护板 3上沿 450mm (或 450mm左右）， 下端与导热块 1下端齐； 整体的高 度为 550mm (或 550mm左右）。

3层竖向保温层 9形成了由内向外、 由上至下的上薄下厚的阶梯设置。

在导热块下边缘部分设置水平向保温层 9， 材料选择氧化铝纤维毡， 宽度为 300mm (或 300mm左右）， 外端与竖向保温层的外沿齐， 保温层厚度为 20mm。

实施例 2:

如图 3所示， 导热块 1置于坩埚底护板 2 (底护板一般为石墨材料制作） 下部， 坩埚底护板 2上放置有坩埚 5 (—般为陶瓷坩埚）； 坩埚 5的四个侧部设置有坩埚侧 护板 3(侧护板一般为石墨材料制作）;在坩埚 5(坩埚 5—般高度为 400mm至 600mm， 必要时可加高） 的四周上方设置有侧面加热器 4， 在坩埚 5的上方设置有顶部加热器 6； 侧面加热器 4和顶部加热器 6的四周设置有隔热笼 7， 其中下面的隔热笼 7为固 定， 上面与四周的隔热笼 7为一体， 可提升。

四周环绕的保温层 9 (为图示清晰起见， 仅画出一侧保温层 9) 设置于坩埚 5的 坩埚侧护板 3外部， 不贴于坩埚侧护板 3， 紧贴于隔热笼 7; 改进后形成的模拟等温 曲线 8如图 3所示， 由图中可以看出， 其曲线明显平整， 表明： 改进后的热场已经具 备生产类似单晶的基本条件。

其中， 保温层 9为水平向一处， 材料为碳纤维为主要原料制作的保温块， 外边缘 固定于隔热笼 7上， 位置处于坩埚 5底部向上 250mm (或 250mm左右） 的位置， 保 温块的宽度为 300mm (或 300mm左右）， 厚度为 100mm (或 100mm左右）。

实施例 3 :

如图 4所示， 导热块 1置于坩埚底护板 2 (底护板一般为石墨材料制作） 下部， 坩埚底护板 2上放置有坩埚 5 (—般为陶瓷坩埚）； 坩埚 5的四个侧部设置有坩埚侧 护板 3(侧护板一般为石墨材料制作）;在坩埚 5(坩埚 5—般高度为 400mm至 600mm， 必要时可加高） 的四周上方设置有侧面加热器 4， 在坩埚 5的上方设置有顶部加热器 6； 侧面加热器 4和顶部加热器 6的四周设置有隔热笼 7， 其中下面的隔热笼 7为固 定， 上面与四周的隔热笼 7为一体， 可提升。

四周环绕的保温层 9 (为图示清晰起见， 仅画出一侧保温层 9) 设置于坩埚 5的 坩埚侧护板 3外部， 紧贴于坩埚侧护板 3上； 改进后形成的模拟等温曲线 8如图 4 所示， 由图中可以看出， 其曲线明显平整， 表明： 改进后的热场已经具备生产类似单 晶的基本条件。

其中， 保温层 9为竖向分为三层， 最内层材料为碳毡， 碳毡的厚度为 5mm， 端 与坩埚侧护板 3上沿齐，下端与导热块 1下端齐；整体的高度约为 1000mm (或 1000mm 左右） （本高度可称为保温层的高度， 即多层保温层其中最大一单层的高度， 可称为 多层保温层的高度）。

中间层材料为碳毡，碳毡的厚度为 10mm，碳毡上端距坩埚侧护板 3上沿 150mm， 下端置于坩埚底护板 2导热块 1下端齐； 整体的高度约为 500mm (或 500mm左右）。

最外层材料为钨高温合金，钨高温合金的厚度 为 0.1mm,钨高温合金下端与坩埚 底护板 2下端齐； 整体的高度约为 250mm (或 250mm左右）。

3层竖向保温层 9形成了由内向外、 由上至下的上薄下厚的阶梯设置。

实施例 4:

如图 5所示， 导热块 1置于坩埚底护板 2 (底护板一般为石墨材料制作） 下部， 坩埚底护板 2上放置有坩埚 5 (—般为陶瓷坩埚）； 坩埚 5的四个侧部设置有坩埚侧 护板 3(侧护板一般为石墨材料制作）;在坩埚 5(坩埚 5—般高度为 400mm至 600mm， 必要时可加高） 的四周上方设置有侧面加热器 4， 在坩埚 5的上方设置有顶部加热器 6； 侧面加热器 4和顶部加热器 6的四周设置有隔热笼 7， 其中下面的隔热笼 7为固 定， 上面与四周的隔热笼 7为一体， 可提升。

四周环绕的保温层 9 (为图示清晰起见， 仅画出一侧保温层 9) 设置于坩埚侧护 板 3内侧、坩埚 5夕卜侧。改进后形成的模拟等温曲线 8如图 5所示， 由图中可以看出， 其曲线明显平整， 表明： 改进后的热场已经具备生产类似单晶的基本条 件。

其中， 材料选择碳纤维为主要原料的保温毡， 高度与坩埚 5同高， 保温层厚度为 20mm。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任 何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的 技术范围内， 可轻易想到的变化或替 换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。