專利名稱：一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于硅晶體制造設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)。
背景技術(shù)：
硅單晶和硅多晶鑄錠是晶體硅太陽(yáng)能電池最常用的材料。通常，使用硅單晶材料制造的太陽(yáng)能電池比使用硅多晶材料制造的太陽(yáng)能電池具有更高的光電傳換效率。目前，硅單晶最常用的制造方法有提拉法(Czochralski法)和區(qū)熔法(Floating hne法)； 硅單晶的制造方法也可以采用定向凝固法(即鑄造法)來(lái)實(shí)現(xiàn)。定向凝固法是將硅原料放置在鑄錠爐內(nèi)的坩堝中，通過(guò)改變溫度場(chǎng)使硅原料從下向上定向結(jié)晶而成硅晶體。為了實(shí)現(xiàn)硅原料從下向上定向結(jié)晶的過(guò)程，需要在硅原料全部熔化之后，對(duì)坩堝底部進(jìn)行冷卻。現(xiàn)有技術(shù)中采取在坩堝及坩堝底部護(hù)板下面設(shè)置熱交換臺(tái)，如圖1所示，熱交換臺(tái)放置在坩堝及坩堝底部護(hù)板下面，熱交換臺(tái)既支撐坩堝的重量，同時(shí)將熱量從坩堝內(nèi)部向外傳導(dǎo)。在太陽(yáng)能行業(yè)內(nèi)，熱交換臺(tái)又稱為HE (Heat Exchange的簡(jiǎn)寫)Block、DS (Directional Solidification 的簡(jiǎn)寫)Block 或 DS 塊。在采用鑄造法生長(zhǎng)硅晶體時(shí)，如果加大熱交換臺(tái)的冷卻，即可以提高坩堝內(nèi)固液相界面處的溫度梯度，從而更好地實(shí)現(xiàn)晶體生長(zhǎng)。在采用鑄造法生長(zhǎng)硅單晶時(shí)，較大的固液相界面處的溫度梯度可以更好地維持單晶結(jié)構(gòu)，不受外界擾動(dòng)而破壞。在以住的熱交換臺(tái)的設(shè)計(jì)中，熱交換臺(tái)通常為長(zhǎng)方體或近似于長(zhǎng)方體的結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。這種熱交換臺(tái)受結(jié)構(gòu)和溫度分布的影響(熱面朝下，不利于自然對(duì)流)，冷卻效果不佳。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)，能有效提高坩堝內(nèi)熱量向底部耗散的能力，尤其是提高坩堝底部中央的熱量耗散的效率，特別適合用于定向凝固法生長(zhǎng)硅單晶。一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)，包括熱交換臺(tái)主體，在所述的熱交換臺(tái)主體的底面還連接有若干根散熱桿。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的散熱桿上設(shè)有陽(yáng)螺紋，所述的熱交換臺(tái)主體的底面上設(shè)有若干螺紋孔，所述的陽(yáng)螺紋與所述的螺紋孔相配合，以螺紋旋緊的方式將散熱桿連接在熱交換臺(tái)主體的底面，組成一個(gè)完整的熱交換臺(tái)。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的若干散熱桿中，與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近中央的位置連接的散熱桿的長(zhǎng)度大于與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近周邊的位置連接的散熱桿的長(zhǎng)度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近周邊的位置連接的散熱桿之間的間距大于與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近中央的位置連接的散熱桿之間的間距。[0009]優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的散熱桿全部與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近中央的位置連接，在所述的熱交換臺(tái)主體的底面的周邊位置不連接任何散熱桿，并且在所述的熱交換臺(tái)主體的四周(包括側(cè)面或/和底部)設(shè)有保溫層，所述的保溫層采用用于保溫的保溫材料。以上三種優(yōu)選的技術(shù)方案，均可以實(shí)現(xiàn)熱交換臺(tái)中央的散熱比周邊散熱更強(qiáng)烈， 從而使中央的晶體生長(zhǎng)速度更快，形成一種凸向液相的生長(zhǎng)界面，這樣就能夠避免來(lái)自坩堝壁面的自發(fā)成核現(xiàn)象，使生長(zhǎng)出的單晶/類單晶鑄錠的單晶率較高。由此可見(jiàn)，通過(guò)散熱桿的熱輻射，以及與環(huán)境氣體的對(duì)流換熱作用，可以增強(qiáng)坩堝內(nèi)熱量向下散失的能力，并且通過(guò)對(duì)散熱桿的長(zhǎng)度和散熱桿之間的間距的調(diào)節(jié)，來(lái)調(diào)整熱流在熱交換臺(tái)底部的分布。為了加工方便，所述的散熱桿通常為圓柱狀或長(zhǎng)方柱狀，截面積為60 10000mm2， 長(zhǎng)度為5 300mm。當(dāng)所述的散熱桿長(zhǎng)度不同時(shí)，較短的散熱桿安裝在熱交換臺(tái)主體底面的周邊，較長(zhǎng)的散熱桿安裝在熱交換臺(tái)主體底面的中央。為了進(jìn)一步加強(qiáng)散熱效果，還可在所述的散熱桿的外表面設(shè)置槽、肋片或突起，增大散熱桿與周圍氣體的對(duì)流換熱面積。由于散熱桿與熱交換臺(tái)主體之間用螺紋或其他方式固定，為了避免熱脹冷縮可能導(dǎo)致的破壞，需要將熱交換臺(tái)主體和散熱桿采用同一種材料加工。通?？刹捎猛恍吞?hào)的石墨材料。本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)能有效增強(qiáng)坩堝內(nèi)熱量向下散失的能力，并通過(guò)散熱桿很好地調(diào)節(jié)從坩堝底部熱量流失的分布，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且容易加工，適合用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體。本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)尤其能有效提高坩堝底部中央的熱量耗散的效率，用于鑄造法生長(zhǎng)硅單晶時(shí)，固液相界面處有較大的溫度梯度，并且界面向液相微凸，有利于單晶結(jié)構(gòu)不受破壞，特別適合用于鑄造法生長(zhǎng)太陽(yáng)能級(jí)硅單晶。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的熱交換臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖(坩堝部分剖開(kāi))。圖2是本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖(坩堝、保溫層部分剖開(kāi))。
具體實(shí)施方式
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的熱交換臺(tái)。熱交換臺(tái)8放置在坩堝及坩堝底部護(hù)板下面，坩堝側(cè)面設(shè)有坩堝側(cè)面護(hù)板。圖2和圖3為本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和3所示，一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)，位于坩堝1及坩堝底部護(hù)板7下面，在坩堝1側(cè)面設(shè)有坩堝側(cè)面護(hù)板6，該熱交換臺(tái)包括熱交換臺(tái)主體2，在熱交換臺(tái)主體2的底面還連接有若干根散熱桿。每根散熱桿上均加工有陽(yáng)螺紋，熱交換臺(tái)主體2的底面上也加工有若干螺紋孔， 陽(yáng)螺紋與螺紋孔互相配合，以螺紋旋緊的方式將散熱桿連接在熱交換臺(tái)主體2的底面，組成一個(gè)完整的熱交換臺(tái)。散熱桿有兩種，一種是長(zhǎng)散熱桿4，一種是短散熱桿3。長(zhǎng)散熱桿4連接在熱交換
4臺(tái)主體2的底面上中央以及靠近中央的位置，短散熱桿3連接在熱交換臺(tái)主體2的底面上靠近周邊的位置，而在熱交換臺(tái)主體2的底面上周邊的位置上卻沒(méi)有連接任何散熱桿，并且在熱交換臺(tái)主體2的兩側(cè)設(shè)有保溫層5，保溫層5采用用于保溫的保溫材料。如此設(shè)置散熱桿，均可以實(shí)現(xiàn)熱交換臺(tái)中央的散熱比周邊散熱更強(qiáng)烈，從而使中央的晶體生長(zhǎng)速度更快，形成一種凸向液相的生長(zhǎng)界面，這樣就能夠避免來(lái)自坩堝壁面的自發(fā)成核現(xiàn)象，使生長(zhǎng)出的單晶/類單晶鑄錠的單晶率較高。由此可見(jiàn)，通過(guò)散熱桿的熱輻射，以及與環(huán)境氣體的對(duì)流換熱作用，可以增強(qiáng)坩堝內(nèi)熱量向下散失的能力。還可以進(jìn)一步通過(guò)對(duì)散熱桿的間距的調(diào)節(jié)，來(lái)調(diào)整熱流在熱交換臺(tái)底部的分布。為了加工方便，散熱桿通常為圓柱狀或長(zhǎng)方柱狀，截面積為60 10000mm2，長(zhǎng)度為 5 300mm。為了進(jìn)一步加強(qiáng)散熱效果，還可在散熱桿的外表面加工槽、肋片或突起，增大散熱桿與周圍氣體的對(duì)流換熱面積。由于散熱桿與熱交換臺(tái)主體2之間用螺紋或其他方式固定，為了避免熱脹冷縮可能導(dǎo)致的破壞，需要將熱交換臺(tái)主體2和散熱桿采用同一種材料加工，通?？刹捎猛恍吞?hào)的石墨材料。
權(quán)利要求1.一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)，包括熱交換臺(tái)主體，其特征在于，在所述的熱交換臺(tái)主體的底面還連接有若干根散熱桿。
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于所述的散熱桿上設(shè)有陽(yáng)螺紋，所述的熱交換臺(tái)主體的底面上設(shè)有若干螺紋孔，所述的陽(yáng)螺紋與所述的螺紋孔相配合。
3.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于所述的散熱桿為圓柱形或長(zhǎng)方柱形，截面積為60 10000mm2，長(zhǎng)度為5 300mm。
4.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于所述的若干散熱桿中，與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近中央的位置連接的散熱桿的長(zhǎng)度大于與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近周邊的位置連接的散熱桿的長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近周邊的位置連接的散熱桿之間的間距大于與所述的熱交換臺(tái)主體的底面上靠近中央的位置連接的散熱桿之間的間距。
6.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于所述的散熱桿的外表面設(shè)有槽、肋片或突起。
7.如權(quán)利要求1所述的熱交換臺(tái)，其特征在于所述的熱交換臺(tái)主體的四周設(shè)有保溫層。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于鑄造法生長(zhǎng)硅晶體的熱交換臺(tái)，包括熱交換臺(tái)主體，在所述的熱交換臺(tái)主體的底面還連接有若干根散熱桿。本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)能有效提高坩堝內(nèi)熱量向底部耗散的能力，尤其是提高坩堝底部中央的熱量耗散的效率，特別適合用于定向凝固法生長(zhǎng)硅單晶。本實(shí)用新型的熱交換臺(tái)可通過(guò)散熱桿很好地調(diào)節(jié)從坩堝底部熱量流失的分布，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且容易加工。
文檔編號(hào)C30B11/00GK202202019SQ201120323538
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者李喬, 馬遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:浙江碧晶科技有限公司