本發(fā)明涉及硅片制造技術領域，尤其涉及一種用于硅片水平提拉的加熱裝置。

背景技術：

太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源,光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護簡便等優(yōu)點。晶硅電池是太陽電池的主流產(chǎn)品。光伏產(chǎn)業(yè)所用的硅片都是通過切割硅錠獲得。傳統(tǒng)的線切割方式能耗高、材料損耗大，且具有一定污染。為了降低硅片的生產(chǎn)成本，有研究顯示可以從熔融硅中直接生產(chǎn)硅片，目前主要有兩種基本的帶硅制備方法，一種為垂直提拉方法，例如定邊喂膜（EFG）帶硅技術、線拉帶硅技術（SR）、枝蔓蹼裝帶硅技術（D-Web）等，一種為水平提拉方法，主要包括HRG帶硅生長技術、RGS襯底帶硅生長法等。目前大部分帶硅技術處于試驗階段。利用水平提拉方法制造硅片，其關鍵技術之一是溫度梯度的形成和控制。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于硅片水平提拉的加熱裝置，解決以往硅片加工不便的缺陷。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于硅片水平提拉的加熱裝置，包括坩堝以及控制系統(tǒng)，所述坩堝內(nèi)形成熔化區(qū)、液相區(qū)以及結晶區(qū)，所述熔化區(qū)和液相區(qū)的底部相通，所述結晶區(qū)與液相區(qū)相通；

所述坩堝上設置有溶液控溫系統(tǒng)，用于控制硅顆粒在熔化區(qū)內(nèi)的熔化以及液相區(qū)內(nèi)硅溶液基礎溫度；

所述鉗鍋上設置有用于結晶控溫系統(tǒng)，用于控制硅片結晶所需要的溫度梯度；

所述控制系統(tǒng)分別與溶液控溫系統(tǒng)和結晶控溫系統(tǒng)連接。

進一步的，所述的溶液控溫系統(tǒng)包括至少一根石墨加熱棒、第一紅外探測頭以及第二紅外探測頭，各所述石墨加熱棒、第一紅外探測頭以及第二紅外探測頭分別與控制系統(tǒng)連接；

所述石墨加熱棒的伸入坩堝的熔化區(qū)和液相區(qū)內(nèi)；所述石墨加熱棒上設置有若干個鋸齒，所述熔化區(qū)內(nèi)石墨加熱棒上的鋸齒密度大于液相區(qū)內(nèi)石墨加熱棒上的鋸齒密度；

所述第一紅外探測頭設置在熔化區(qū)底部的坩堝上，用于探測熔化區(qū)內(nèi)的溫度；所述第二紅外探測頭設置在液相區(qū)底部的坩堝上，用于探測液相區(qū)內(nèi)的溫度。

進一步的，所述的石墨加熱棒為空心結構，在石墨加熱棒的中間開設有切槽，所述切槽沿石墨加熱棒長度方向設置。

進一步的，所述的結晶控溫系統(tǒng)包括石墨加熱板、高溫CCD探頭以及多組加熱電極；

所述的石墨加熱板固定設置在結晶區(qū)下方的坩堝上；

高溫CCD探頭固定設置并位于結晶區(qū)的上方，用于檢測整個硅片結晶區(qū)域的溫度梯度；

各組加熱電極固定設置在石墨加熱板的底部，各組加熱電極沿石墨加熱板長度方向等距排列分布；各組加熱電極分別與控制系統(tǒng)連接。

進一步的，每組加熱電極中，兩端的加熱電極為主加熱電極，兩個主加熱電極之間的為輔助加熱電極；

所述的控制系統(tǒng)通過PWM控制各組加熱電極中的主加熱電極的加熱功率，使各組加熱電極在結晶區(qū)由里向外方向的加熱功率越來越低，形成一個溫度梯度；

所述的控制系統(tǒng)通過PWM控制各組加熱電極中輔助加熱電極的加熱功率，每組中的輔助加熱電極用來輔助主加熱電極以使該組加熱溫度平衡。

進一步的，相鄰兩組加熱電極之間的石墨加熱板上開設有凹槽，所述凹槽內(nèi)開設有多個通孔，各通孔位于相鄰兩個加熱電極之間。

進一步的，相鄰兩組加熱電極之間設置有絕緣墊和保溫石墨氈，所述絕緣墊設置在凹槽內(nèi)。

進一步的，所述石墨加熱板的底部由內(nèi)向外分布有4組加熱電極，每組加熱電極中包括4個加熱電極，外側的兩個加熱電機為主加熱電極，中間的兩個加熱電機為輔助加熱電極。

進一步的，所述石墨加熱棒的數(shù)量為2根。

進一步的，所述坩堝底部用于安裝紅外探測頭的區(qū)域的壁厚小于2mm。

本發(fā)明的有益效果是：加熱裝置使用方便，對溫度梯度控制精準，運行穩(wěn)定，實現(xiàn)對硅片的水平提拉。

附圖說明

下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明加熱裝置的示意圖；

圖2是石墨加熱棒的示意圖；

圖3是安裝加熱電極的石墨加熱板示意圖；

其中，1、坩堝，2、石墨加熱棒，31、第一紅外探測頭，32、第二紅外探測頭，4、石墨加熱板，41、凹槽，5、高溫CCD探頭，6、加熱電極，61、主加熱電極，62、輔助加熱電極，7、絕緣墊，8、保溫石墨氈。

具體實施方式

現(xiàn)在結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。

如圖1至圖3所示，一種用于硅片水平提拉的加熱裝置，包括坩堝1以及控制系統(tǒng)，坩堝1內(nèi)形成熔化區(qū)、液相區(qū)以及結晶區(qū)，熔化區(qū)和液相區(qū)的底部相通，結晶區(qū)與液相區(qū)相通。

坩堝1上設置有溶液控溫系統(tǒng)，用于控制硅顆粒在熔化區(qū)內(nèi)的熔化以及液相區(qū)內(nèi)硅溶液基礎溫度；鉗鍋上設置有用于結晶控溫系統(tǒng)，用于控制硅片結晶所需要的溫度梯度；控制系統(tǒng)分別與溶液控溫系統(tǒng)和結晶控溫系統(tǒng)連接。

溶液控溫系統(tǒng)包括至少一根石墨加熱棒2、第一紅外探測頭31以及第二紅外探測頭32，本實施例中，石墨加熱棒2的數(shù)量為2根，2根石墨加熱棒2、第一紅外探測頭31以及第二紅外探測頭32分別與控制系統(tǒng)連接。

石墨加熱棒2的伸入坩堝1的熔化區(qū)和液相區(qū)內(nèi)；石墨加熱棒2上設置有若干個鋸齒，熔化區(qū)內(nèi)石墨加熱棒2上的鋸齒密度大于液相區(qū)內(nèi)石墨加熱棒2上的鋸齒密度；通過鋸齒的密度比例來控制加熱功率的比例，加熱棒在制作的過程中就控制兩部分之間鋸齒的密度，從而使得加熱棒在工作時獲得所需的工作溫度。

加熱棒根據(jù)鋸齒的密度不同，被分為兩部分，功率大的部分加熱融化區(qū)，把硅料融化，功率低的部分控制流過來的硅液溫度穩(wěn)定在一個稍高于結晶溫度的狀態(tài)。

石墨加熱棒2為空心結構，在石墨加熱棒2的中間開設有切槽，切槽沿石墨加熱棒2長度方向設置。這樣可以增加加熱棒的電阻和功率。

第一紅外探測頭31設置在熔化區(qū)底部的坩堝1上，用于探測熔化區(qū)內(nèi)的溫度；第二紅外探測頭32設置在液相區(qū)底部的坩堝1上，用于探測液相區(qū)內(nèi)的溫度。為保證測量溫度精準，坩堝1底部用于安裝紅外探測頭的區(qū)域的壁厚小于2mm。

控制系統(tǒng)根據(jù)兩個紅外探測頭了解熔化區(qū)和液相區(qū)內(nèi)硅液溫度，并根據(jù)了解的溫度控制各個加熱棒的加熱功率，進而控制加熱溫度。

結晶控溫系統(tǒng)包括石墨加熱板4、高溫CCD探頭5以及多組加熱電極6；石墨加熱板4固定設置在結晶區(qū)下方的坩堝1上；高溫CCD探頭5固定設置并位于結晶區(qū)的上方，用于檢測整個硅片結晶區(qū)域的溫度梯度；各組加熱電極6固定設置在石墨加熱板4的底部，各組加熱電極6沿石墨加熱板4長度方向等距排列分布；各組加熱電極6分別與控制系統(tǒng)連接。

每組加熱電極6中，兩端的加熱電極6為主加熱電極61，兩個主加熱電極61之間的為輔助加熱電極62；控制系統(tǒng)通過PWM控制各組加熱電極中的主加熱電極61的加熱功率，使各組加熱電極6在結晶區(qū)由里向外方向的加熱功率越來越低，形成一個溫度梯度；控制系統(tǒng)通過PWM控制各組加熱電極6中輔助加熱電極62的加熱功率，每組中的輔助加熱電極62用來輔助主加熱電極61以使該組加熱溫度平衡。

相鄰兩組加熱電極6之間的石墨加熱板4上開設有凹槽41，凹槽41內(nèi)開設有多個通孔，各通孔位于相鄰兩個加熱電極6之間。這樣設計主要是調(diào)整整個加熱板的電阻分布的，從而控制加熱電極6通電時各部分的功率分配的。相鄰兩組加熱電極6之間設置有絕緣墊7和保溫石墨氈8，絕緣墊7設置在凹槽41內(nèi)。

本實施例中，石墨加熱板4的底部由內(nèi)向外分布有4組加熱電極6，每組加熱電極6中包括4個加熱電極6，外側的兩個加熱電機為主加熱電極61，中間的兩個加熱電機為輔助加熱電極62。

工作時，首先顆粒的硅料通過石英管加熱到石墨坩堝1的右部的融化區(qū)，融化區(qū)內(nèi)的石墨加熱棒2對硅料進行加熱使其融化，第一紅外探頭測量熔化區(qū)內(nèi)硅液的溫度，融化后通過底部的通道流到坩堝1左部的液相區(qū)，液相區(qū)內(nèi)石墨加熱棒2對液相區(qū)內(nèi)的硅液溫度進行維持，液相區(qū)的硅液溫度通過下部的第二紅外探頭測量，為了保證溫度測量精確，溫度測量點的坩堝1被加工的非常薄，只有2mm的厚度，控制系統(tǒng)嚴格控制著液相區(qū)的溫度，熔化區(qū)和液相區(qū)的溫度分配是預先計算和測試好的，通過加熱棒的鋸齒密度比例來分配的。

液相區(qū)的硅液到達一定量后流到結晶區(qū)，通過硅片引晶，在結晶區(qū)形成硅片。硅片通過伺服機構，一邊結晶生成，一邊平穩(wěn)提拉。結晶區(qū)的溫度控制通過上方的高溫紅外CCD探頭來測量，監(jiān)測每個區(qū)域的溫度分布，通過加熱板的下部兩邊外面的4組主加熱電機來控制溫度梯度，沿結晶區(qū)長度方向從里到外加熱功率越來越小，加熱方式是通過PWM來控制的；由于結晶區(qū)中間和兩邊的散熱不同，為了保證結晶區(qū)寬度方向的溫度均勻，增加了8個用于溫度平衡的輔助加熱電極62， 8個主加熱電極61配套使用，主加熱電極61和輔助加熱電極62所使用的電源是相互獨立的，這樣可以和4組加熱電極6同時使用，相互疊加，互不影響。

整個加熱板通過不同的凹槽41和通孔分成了四個大的部分，減小相互之間的電阻分布影響，同時又是連在一起的，可以起到導熱作用，使溫度分布相對均勻。

以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。