本實(shí)用新型涉及一種多晶硅生產(chǎn)過程中使用的硅芯，具體說涉及一種空心硅芯及其硅芯組件。

背景技術(shù)：

隨著光伏(PV)行業(yè)的發(fā)展，多晶硅的使用量在逐漸增大。生產(chǎn)多晶硅時，多數(shù)是利用還原爐進(jìn)行多晶硅的還原生產(chǎn)，即通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法在硅芯的表面沉積多晶硅。在現(xiàn)有技術(shù)中，首先將三根實(shí)心圓硅芯或方硅芯搭接成“Π”字形結(jié)構(gòu)，然后在還原爐內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)。所述還原反應(yīng)是在一個密閉的還原爐中進(jìn)行的。先在還原爐內(nèi)用硅芯搭接成若干“Π”字形結(jié)構(gòu)的閉合回路，即進(jìn)行“搭橋”。每個閉合回路都由兩個電極上，兩個電極分別連接直流電源的正負(fù)極。

兩根豎硅芯和一根橫硅芯組成。將閉合回路的兩個豎硅芯分別接在爐底的為了便于描述，在本實(shí)用新型中將這種按照“Π”字形結(jié)構(gòu)搭接好的硅芯組合體稱作“硅芯組件”。

將一個或多個硅芯組件放置在還原爐內(nèi)，利用直流電對硅芯進(jìn)行加熱，加熱中每一組搭接好的硅芯組件即相當(dāng)于一個大電阻。繼而向密閉的還原爐內(nèi)通入氫氣和三氯氫硅，開始進(jìn)行多晶硅的沉積。在還原爐內(nèi)多晶硅會逐漸沉積在硅芯的表面形成多晶硅棒。多晶硅棒經(jīng)過破碎后再利用直拉爐拉制成單晶硅棒。

現(xiàn)有技術(shù)在搭接硅芯組件時，通常使用的硅芯為直徑8mm左右的實(shí)心圓硅芯或用硅錠經(jīng)線切割形成的10×10mm的方硅芯。在還原反應(yīng)過 程中，生成的硅不斷沉積在硅芯表面，硅芯的表面積會越來越大，反應(yīng)氣體分子對沉積面(硅芯表面)的碰撞機(jī)會和數(shù)量也會隨之增加。當(dāng)單位面積的沉積速率不變時，表面積愈大則沉積的多晶硅量也愈多。因此在搭接硅芯組件時，所使用硅芯的直徑越大，多晶硅的生長效率也越高。相對而言，使用大硅芯不僅可以提高多晶硅還原時的生產(chǎn)效率，同時也可以降低生產(chǎn)成本。

為此，本申請人也曾試圖采用大直徑的實(shí)心硅芯。大直徑的實(shí)心硅芯固然可以提高還原過程的生產(chǎn)率，但大直徑硅芯的拉制卻也存在生產(chǎn)效率低下的問題。硅芯的直徑越大，其拉制也越發(fā)困難，并且在爐內(nèi)一次拉制的根數(shù)也受到限制。此外，采用大直徑的實(shí)心硅芯還存在不便運(yùn)輸、搭接后擊穿難度大等問題。

為了提高多晶硅的生產(chǎn)效率，美國GT太陽能公司在其專利號為200780015406.5、名稱為“在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中提高的多晶硅沉積”的專利文獻(xiàn)中公開了一種橫截面為圓形的空心硅芯，用直徑為50毫米的管狀硅絲替代傳統(tǒng)的細(xì)棒，從而提高產(chǎn)量。該文件的全部內(nèi)容在本專利中被用作參考。

采用上述專利的這種空心硅芯雖然可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的部分問題，但由于空心硅芯的拉制存在困難，故目前尚未見大規(guī)模實(shí)施。

針對上述問題，本申請人于2016年1月6日曾提交一份在先專利申請，申請?zhí)枮?01610002833.0，該申請公開了一種利用板狀或圓柱狀硅條組成空心硅芯及其組合件的技術(shù)方案，本實(shí)用新型是對該在先申請的補(bǔ)充。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

對于硅板的拉制而言，拉制空心硅條比較困難，但拉制異形截面的硅板并不困難。據(jù)此，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供了一種由異形硅板組合而成的空心硅芯及其硅芯組件。

本實(shí)用新型無需預(yù)先拉制空心硅芯，只需拉制出異形硅板，然后將異形硅板組合成適宜的幾何形狀即可獲得所需形狀的空心硅芯。該硅芯具有較大的周向尺寸，解決了拉制空心硅芯所面臨的困難，從而提高了多晶硅的拉制效率、降低了生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種空心硅芯，該硅芯由兩根或兩根以上的橫截面為“L”形或圓弧形硅板拼接而成，該空心硅芯由兩根或兩根以上的硅板拼合而成。

所謂“L”形其兩邊長度不一定相同、及其夾角也不一定為90度，兩者可以根據(jù)所需拼接的形狀進(jìn)行調(diào)整。

所述拼合方式是可以是相互連接的，或者相互間留有間隙，該間隙在結(jié)晶過程中被逐漸彌合。

所述拼接而成的空心硅芯其橫截面形狀是空心的多邊形或是空心的圓形。

所述的多邊形可以為正三角形、正方形、長方形、平行四邊形、菱形、正五邊形或正六邊形。

本實(shí)用新型還提供了一種硅芯組件，該硅芯組件由硅芯及上鎖緊機(jī)構(gòu)和下鎖緊機(jī)構(gòu)組成，所述的硅芯為空心硅芯，該空心硅芯由兩根或兩根以上的異形硅板拼合而成。

所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)可以由一固定座構(gòu)成，固定座的外周形狀與空心 硅芯的橫截面形狀相匹配，若干豎硅板沿著固定座的外周面垂直放置，豎硅板的外側(cè)安裝有固定套，將豎硅板的下端固定在固定座上。

上述固定座的下部可以為向外延伸的凸臺，使固定座呈臺階狀，凸臺的上表面構(gòu)成豎硅板下端的限位面。

所述的固定套的外周形狀可以與空心硅芯的形狀相配合，也可以為圓形，固定套的外周面設(shè)有頂緊螺栓，將豎硅板壓緊。

所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)為固定座，在固定座的上表面開設(shè)硅板插孔，其形狀與空心硅芯的橫截面形狀相匹配。

所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)包括一附加板材，板材上開設(shè)有硅板插孔，硅板插孔與硅芯之間為過盈配合，附加板材固定在固定座上。

所述下鎖緊機(jī)構(gòu)可以為固定座，豎硅板插入固定座內(nèi)，在固定座的外周面上設(shè)置若干貫通至硅板插孔的鎖緊孔，通過頂緊螺栓進(jìn)行固定，或者在固定座的外周面上套接護(hù)套，在護(hù)套上開設(shè)若干鎖緊孔，頂緊螺栓穿過鎖緊孔及固定座周面上的穿孔將豎硅板固定住。

所述的上鎖緊機(jī)構(gòu)為設(shè)置在硅板上端的一塊橫硅板，在橫硅板的下表面設(shè)置形狀與空心硅芯形狀相匹配的孔或凹槽，兩者采用過盈配合，橫硅板將兩組空心硅芯連接并固定。

采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案具有如下有益效果：

采用本實(shí)用新型所述的由異形硅板組合而成的硅芯及其硅芯組件，無需直接拉制難度較大的空心硅芯，只需預(yù)先拉制異形硅板，然后由硅板組合成所需橫截面形狀的硅芯。本實(shí)用新型具有拉制難度低、結(jié)晶效率高以及使用成本低等特點(diǎn)，特別適合在多晶硅領(lǐng)域大面積推廣和應(yīng)用。

【附圖說明】

圖1是本實(shí)用新型硅芯組件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型中固定座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型中護(hù)套的軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型中上鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中的標(biāo)號與零部件名稱的對應(yīng)關(guān)系為：

1橫硅板、2異形豎硅板、3固定套、4頂緊螺栓、5固定座、6硅板插孔、7硅板穿孔、8護(hù)套、9鎖緊孔、10硅板卡槽。

【具體實(shí)施方式】

以下通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型硅芯組件的一個實(shí)施例，它表示了硅芯組件的整體結(jié)構(gòu)。圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。該硅芯組件包括橫硅板1、異形豎硅板2、固定套3、頂緊螺栓4和固定座5。兩根異形豎硅板2組合成空心硅芯，固定套3、頂緊螺栓4和固定座5構(gòu)成組件的下鎖緊機(jī)構(gòu)，橫硅板1構(gòu)成組件的上鎖緊機(jī)構(gòu)。

如圖2所示，本實(shí)用新型的空心硅芯由兩條異形豎硅板2拼接而成，異形豎硅板2兩條邊的夾角為90度。借助于固定套3和頂緊螺栓4將空心硅芯的下端部鎖緊在固定座5上。

空心硅芯的橫截面形狀不同，所使用的異形豎硅板2兩邊夾角的度數(shù)也可以有所不同。該角度可以大于90度、也可以小于90度。異形豎硅板2兩邊的寬度可以相同也可以不同。

由異形硅板組合而成的空心硅芯，硅板之間可以是首尾相連的，也可以相互間留有間隙，該間隙在硅板的結(jié)晶過程中可以被彌合。

由異形硅板組合而成的空心硅芯，拼接而成的空心硅芯其橫截面形狀可以是空心的多邊形。所述的多邊形為可以為正三角形、正方形、長方形、平行四邊形或菱形。

也可以用圓弧形的硅板代替異形硅板，由多塊圓弧形硅板可以組合成橫截面為圓形的空心硅芯。

圖3是本實(shí)用新型中固定座5的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本實(shí)用新型中護(hù)套8的軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示，本實(shí)用新型的下鎖緊機(jī)構(gòu)包括固定座5，在固定座5的上表面開設(shè)的若干凹槽，形成硅板插孔6，其形狀與組合硅芯的橫截面形狀相匹配，將硅板插入硅板插孔6中，通過緊配合將硅板2的下端部固定在固定座5上。異形或圓弧形豎硅板2也可以沿著固定座5的外周面垂直放置，異形豎硅板2的外側(cè)安裝有固定套3，借助于固定套3將豎硅板2的下端固定在固定座5上，所述的固定套3的外周形狀可以與空心硅芯的形狀相配合，也可以為圓形，固定套3的外周面設(shè)有頂緊螺栓4，將豎硅板2壓緊。

所述固定座5的下部可以為向外延伸的凸臺，使固定座5呈臺階狀，凸臺的上表面構(gòu)成硅板下端的限位面。

所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)包括一附加板材，板材上開設(shè)有硅板插孔6，硅板插孔6與硅芯之間為過盈配合，附加板材固定在固定座5上。

也可以在所述固定座5的外周面上設(shè)置若干貫通至硅板插孔6的鎖緊孔9，通過頂緊螺栓4對插入固定座5的豎硅板2進(jìn)行固定，或者在固定座5的外周面上套接護(hù)套8，在護(hù)套8的上面設(shè)置與空心硅芯形狀相匹配的硅板穿孔7，在護(hù)套8的外周面上設(shè)置若干鎖緊孔9，異形豎硅板2的 下端穿過護(hù)套8上設(shè)置的硅板穿孔7插入硅板插孔6內(nèi)，頂緊螺栓4穿過鎖緊孔9及固定座5周面上的穿孔將異形豎硅板2固定住，其中穿孔可以是光孔也可以是絲孔，護(hù)套8外周面上設(shè)置的若干鎖緊孔9可以是光孔也可以是絲孔，當(dāng)固定座5設(shè)置的鎖緊孔9為光孔時，護(hù)套8外周面上設(shè)置的若干鎖緊孔9為絲孔，同理，當(dāng)固定座5設(shè)置的鎖緊孔9為絲孔時，護(hù)套8外周面上設(shè)置的若干鎖緊孔9為光孔。

圖5是本實(shí)用新型中上鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述上鎖緊機(jī)構(gòu)為設(shè)置在豎硅板2上端的一橫硅板1，在橫硅板1的下表面設(shè)置形狀與空心硅芯形狀相匹配的硅板卡槽10，兩者采用過盈配合，借助于橫硅板1將兩組空心硅芯的上端部連接并固定住。

以上實(shí)施例及其附圖只是借助于一種特定的“L”型硅板對本實(shí)用新型進(jìn)行了說明。很顯然，該“L”形其兩邊長度不一定相同、及其夾角也不一定為90度，兩者均可以根據(jù)所需拼接的形狀進(jìn)行調(diào)整；所采用的異形豎硅板除了“L”形截面的之外，還可以采用圓弧形截面或其他形狀的豎硅板。其拼合出的空心硅芯可以為多種形狀，例如各種多邊形或圓形等。硅芯組件中的上下鎖緊機(jī)構(gòu)可以根據(jù)硅芯的形狀做出相應(yīng)的調(diào)整，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，在此不再贅述。

本實(shí)用新型的空心硅芯及其組件，可以用較少的硅材獲得較大的結(jié)晶表面積，從而加快多晶硅的形成。其優(yōu)點(diǎn)在于：

1、拉制簡單、操作方便。

2、生產(chǎn)效率高，后期使用成本低。