專利名稱：一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，屬太陽能多晶硅 晶體的定向生長熱場結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅(Si)是一種半導(dǎo)體元素，太陽能硅電池片就是利用這一特性，在硅表面形成光伏特效應(yīng)，產(chǎn)生電能。為制備太陽能電池片，需要將 多晶硅原料重熔后定向凝固，然后切片做成電池片組件。為實(shí)現(xiàn)多晶 硅的定向長晶凝固過程，需要一個能穩(wěn)定長晶的熱場，構(gòu)成多晶硅長 晶熱場的主要部件是保溫隔熱籠體、以及置于其內(nèi)部的加熱器、熱交 換臺，根據(jù)需要，還可以有通水冷卻塊。保溫隔熱籠體是一個四方六 面體，主要是保證熱場溫度能維持起來，根據(jù)技術(shù)設(shè)計，可以將底板、頂板、四側(cè)板分開做成部件，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動需要；加熱器主要是提供熱 場升溫所需要的熱能；熱交換臺作為多晶硅原料的工作平臺，起散熱 作用；通水冷卻塊因其內(nèi)部通有水冷卻劑，在個別技術(shù)方案中是作為 強(qiáng)制冷卻作用而存在的。為描述方便，可以將現(xiàn)有的多晶硅定向長晶 熱場技術(shù)分為側(cè)板提拉法，隔板抽拉法等。側(cè)板提拉法主要是將構(gòu)成熱場的保溫隔熱籠體的四側(cè)板設(shè)計為一 個運(yùn)動部件，側(cè)板往下運(yùn)動可以將多晶硅重熔長晶的熱場封閉起來， 通電使熱場里的加熱器升溫，以加熱熔化多晶硅原料；側(cè)板部件往上 提升，則打開熱場腔室，暴露出熱交換臺，形成熱場垂直溫度梯度， 通過一定的工藝步驟，實(shí)現(xiàn)定向長晶過程。隔板抽拉法是將構(gòu)成熱場 的保溫隔熱籠體的中間設(shè)置一組保溫隔熱隔板，將熱場底部的通水冷卻塊與熱交換臺隔開，當(dāng)多晶硅原料完全熔化后，按一定工藝步驟抽 去中間的隔熱隔板，使通水冷卻塊與熱交換臺發(fā)生熱交換，形成熱場 垂直溫度梯度，實(shí)現(xiàn)定向長晶過程。上述的兩種方法，雖然都能達(dá)到 晶體定向生長的目的，但都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗偏高，熱沖擊大，長 晶緩慢，晶體生長質(zhì)量差等問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，定向長晶效 果好的多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型為一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，包括保溫隔熱籠體， 置于保溫隔熱籠體內(nèi)的加熱器和熱交換臺，其特征在于保溫隔熱籠體 的底部還設(shè)有可上下垂直運(yùn)動的保溫隔熱底板，保溫隔熱籠體和保溫 隔熱底板形成一個腔室。所述的保溫隔熱籠體底部可與保溫隔熱底板的表面直接連接。所述的保溫隔熱籠體底部可為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板兩端錯位連 接。所述的保溫隔熱底板兩端可為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱籠體底部錯 位連接。所述的保溫隔熱底板可在支撐導(dǎo)桿的作用下上下垂直運(yùn)動。 所述保溫隔熱籠體的側(cè)面與熱交換臺之間還設(shè)有保溫隔熱隔板。 所述的加熱器和保溫隔熱底板分別由外設(shè)的控制器控制。 本實(shí)用新型經(jīng)多次計算機(jī)模擬與反復(fù)試驗(yàn)比較，通過保溫隔熱籠 體底部保溫隔熱底板的升降式結(jié)構(gòu)設(shè)置，來獲得多晶硅定向長晶所需要的工藝手段，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、結(jié)構(gòu)簡單，升降式的保溫隔熱底板重量輕，運(yùn)動方式單一，與熱場外部其他結(jié)構(gòu)部件非常容易整合；而且保溫隔熱底板與保溫隔熱 籠體的交接面少，減少了運(yùn)動時因相互之間摩擦產(chǎn)生的粉塵對高純多 晶硅原料的污染；
2、 通過計算機(jī)模擬和實(shí)際測試，熱場垂直溫度梯度更為理想，結(jié)晶趨勢朝理想化發(fā)展，排雜效果好；
3、 熱沖擊小，硅液結(jié)晶時內(nèi)應(yīng)力小，結(jié)晶位錯率低。保溫隔熱籠 體底部保溫隔熱底板向下運(yùn)動時，不會造成熱場腔室內(nèi)溫度的急劇下 降，且由于通過計算機(jī)模擬優(yōu)化，使得晶體生長界面水平高度基本一 致，結(jié)晶應(yīng)力小，位錯可能性低；
4、 能耗低，在加熱器兩端設(shè)置保溫隔熱隔板，把腔室分隔成上下 兩部分，在保溫隔熱底板向下運(yùn)動后，能進(jìn)一步阻擋腔室上半部對外 散熱，從而減少加熱器的加熱功率，降低電能消耗。實(shí)際檢測，結(jié)晶 功率相比可降低20%之多；
5、 本實(shí)用新型使熱場結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計更趨合理簡單，使得加熱(加 熱器功率)與散熱(底板下降量)位于不同的區(qū)域，兩個量值相互干 擾性降低，在控制上更容易實(shí)現(xiàn)兩個量值的動態(tài)調(diào)整，從而最大化實(shí) 現(xiàn)長晶速度。


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為圖1所示B處L型保溫隔熱籠體底部的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖1所示B處L型保溫隔熱底板的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型主要由保溫隔熱籠體1，置于保溫隔熱籠體l內(nèi)的加 熱器6和熱交換臺5，置于保溫隔熱籠體1底部可上下垂直運(yùn)動的帶 支撐導(dǎo)桿4的保溫隔熱底板2，置于保溫隔熱籠體1的側(cè)面與熱交換 臺5之間的保溫隔熱隔板7等構(gòu)成；保溫隔熱籠體1和保溫隔熱底板 2形成一個腔室3，加熱器6和保溫隔熱底板2分別由外設(shè)的控制器8 控制；保溫隔熱籠體1與保溫隔熱底板2的連接方式有保溫隔熱籠體1底部與保溫隔熱底板2的表面直接連接、保溫隔熱籠體1底部為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板2兩端錯位連接、保溫隔熱底板2兩端為L 型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱籠體1底部錯位連接等，如附圖l、 2、 3所示。 以下結(jié)合多晶硅定向長晶的工藝流程對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述1、 將多晶硅原料9裝滿坩堝10，擱放在熱交換臺5上；2、 操作控制器8，升起保溫隔熱底板2，封閉腔室3;3、 按現(xiàn)有多晶硅的常規(guī)生產(chǎn)工藝將腔室3抽真空；4、 當(dāng)達(dá)到常規(guī)工藝設(shè)定的真空度時，通電啟動加熱器6，對多晶 硅原料進(jìn)行加熱。由于腔室3的保溫隔熱效果，按常規(guī)生產(chǎn)工藝約十 多小時，即可將數(shù)百公斤多晶硅原料完全熔化；5、 按常規(guī)工藝?yán)^續(xù)保溫一段時間，讓多晶硅原料中的雜質(zhì)充分熔 化、揮發(fā)或氣化；6、 改變控制模式，逐步、緩慢下降保溫隔熱底板2，此時，在腔 室3下半部的熱交換臺5暴露出來，大量的熱經(jīng)由熱交換臺5下部按 附圖4所示空心箭頭方向向外輻射散發(fā)，此時，坩堝10與熱交換臺5 必然也發(fā)生熱交換，從而使坩堝10底部的硅液溫度降低發(fā)生結(jié)晶現(xiàn) 象。同時，在保溫隔熱底板2打開后，腔室3中的保溫隔熱隔板7使 腔室3上部依然圍成一個高溫區(qū)，在加熱器6的作用下，可維持工藝 需要的溫度，下部由于散熱作用，形成一個低溫區(qū)，這樣，在整個工 藝過程中，通過加熱器6的加熱作用以及保溫隔熱底板2位置的雙重 調(diào)節(jié)作用，在硅的整個結(jié)晶面以下形成一個平坦的向下有一定溫度梯 度溫度曲線，使得硅的長晶凝固得到有效控制，從而生產(chǎn)出高品質(zhì)的 多晶硅鑄錠。本實(shí)用新型在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)測試，不僅能生產(chǎn)出高品質(zhì)的多晶硅 鑄錠，也縮短了整個工藝時間，降低了結(jié)晶過程中的能耗。
權(quán)利要求1、一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，包括保溫隔熱籠體(1)，置于保溫隔熱籠體(1)內(nèi)的加熱器(6)和熱交換臺(5)，其特征在于保溫隔熱籠體(1)的底部還設(shè)有可上下垂直運(yùn)動的保溫隔熱底板(2)，保溫隔熱籠體(1)和保溫隔熱底板(2)形成一個腔室(3)。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述的保溫隔熱籠體(1)底部與保溫隔熱底板(2)的表面直接連接。
3、 按權(quán)利要求1所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述的保溫隔熱籠體(1)底部為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱底板(2)兩 端錯位連接。
4、 按權(quán)利要求1所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述的保溫隔熱底板(2)兩端為L型結(jié)構(gòu)并與保溫隔熱籠體(1)底 部錯位連接。
5、 按權(quán)利要求1或2或3所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述的保溫隔熱底板(2)在支撐導(dǎo)桿(4)的作用下上下垂 直運(yùn)動。
6、 按權(quán)利要求1所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述保溫隔熱籠體(1)的側(cè)面與熱交換臺(5)之間還設(shè)有保溫隔熱 隔板(7)。
7、 按權(quán)利要求1所述的一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述的加熱器(6)和保溫隔熱底板(2)分別由外設(shè)的控制器(8) 控制。
專利摘要一種多晶硅定向長晶熱場結(jié)構(gòu)，屬太陽能多晶硅晶體的定向生長熱場結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，主要由保溫隔熱籠體(1)，置于保溫隔熱籠體(1)內(nèi)的加熱器(6)和熱交換臺(5)，置于保溫隔熱籠體(1)底部可上下垂直運(yùn)動的帶支撐導(dǎo)桿(4)的保溫隔熱底板(2)，置于保溫隔熱籠體(1)的側(cè)面與熱交換臺(5)之間的保溫隔熱隔板(7)等構(gòu)成；保溫隔熱籠體(1)和保溫隔熱底板(2)形成一個腔室(3)，加熱器(6)和保溫隔熱底板(2)分別由外設(shè)的控制器(8)控制。通過保溫隔熱籠體底部保溫隔熱底板的升降式結(jié)構(gòu)設(shè)置，來獲得多晶硅定向長晶所需要的工藝手段，在控制上更容易實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)整，從而最大化實(shí)現(xiàn)長晶速度。
文檔編號C30B28/06GK201217712SQ20082012110
公開日2009年4月8日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者孫海梁, 徐芳華, 波 趙 申請人:紹興縣精工機(jī)電研究所有限公司