帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及單晶硅生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，旨在提供帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐。該帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的爐體內(nèi)設(shè)有水冷熱屏，水冷熱屏包括連接固定的呈倒錐形的水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒，且在水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間設(shè)有水道，水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒的上端還連接固定有連接體，水道的進(jìn)口、出口分別通過(guò)連接體與進(jìn)水管路、出水管路相連接。本發(fā)明能夠更好地創(chuàng)造一個(gè)對(duì)結(jié)晶有利的溫度空間，從而加快晶棒的結(jié)晶速度，縮短晶棒的生長(zhǎng)時(shí)間，提高拉晶效率。
【專利說(shuō)明】帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于單晶硅生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐。
【背景技術(shù)】
[0002]直拉區(qū)熔技術(shù)是ー種采用直拉法與區(qū)熔法相結(jié)合的エ藝來(lái)制備CFZ高效太陽(yáng)能電池娃單晶的技術(shù)，所生廣的CFZ聞效太陽(yáng)能電池娃單晶具有較聞的光電轉(zhuǎn)換效率，可達(dá)24%至26%，遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)的15%-18%轉(zhuǎn)化效率。直拉區(qū)熔技術(shù)涉及兩個(gè)階段，ー是前期直拉階段，ニ是后期區(qū)熔階段。由于CFZ高效太陽(yáng)能電池硅單晶的生產(chǎn)比普通太陽(yáng)能電池硅單晶多了一個(gè)后期區(qū)熔階段，所以生產(chǎn)成本相對(duì)較高。為了能夠壓縮整個(gè)過(guò)程的生產(chǎn)成本，就要求前期直拉階段有較高的生產(chǎn)效率。
[0003]拉晶過(guò)程是ー個(gè)液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的過(guò)程，需要釋放大量的熱，如果熱量散發(fā)過(guò)慢會(huì)影響晶體的結(jié)晶速度，所以必須及時(shí)將熱量散發(fā)掉，形成ー個(gè)對(duì)結(jié)晶有利的溫度空間。
[0004]目前的單晶生長(zhǎng)爐一般采用直筒型水冷套冷卻方式，主要還是通過(guò)水冷這一途徑進(jìn)行冷卻，其缺點(diǎn)是単位時(shí)間內(nèi)通過(guò)熱輻射散發(fā)到水冷套內(nèi)壁的熱量有限，而且不能充分利用氬氣將熱量帶走。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供ー種能夠創(chuàng)造ー個(gè)對(duì)結(jié)晶更有利的溫度空間的單晶生長(zhǎng)爐。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的解決方案是:`[0006]提供帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐，包括石英坩堝，所述帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的爐體內(nèi)設(shè)有水冷熱屏，水冷熱屏設(shè)置在石英坩堝的上方，水冷熱屏包括連接固定的水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒，水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒都呈倒錐形，且在水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間設(shè)有水道，水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒的上端還連接固定有連接體，水道的進(jìn)ロ、出口分別通過(guò)連接體與進(jìn)水管路、出水管路相連接。
[0007]作為進(jìn)一歩的改進(jìn)，所述水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間焊接有隔水條，通過(guò)隔水條在水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間形成水道。
[0008]作為進(jìn)一歩的改進(jìn)，所述水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒通過(guò)焊接連接，水冷熱屏內(nèi)筒、水冷熱屏外筒與連接體也通過(guò)焊接連接。
[0009]作為進(jìn)ー步的改進(jìn)，所述水冷熱屏與單晶生長(zhǎng)爐中的晶棒的水平距離滿足公式 和S=K2/ η ,其中V為晶棒的拉晶速度,且V的值在1.5mm/min-6mm/min之間，も為
常數(shù)，其值在1 X 10-6-4Χ 10-6之間，Κ2為常數(shù)，其值在8Χ 10-4-4Χ 10-3之間，S為水冷熱屏內(nèi)壁與晶棒最窄處的水平距離，n為晶棒的斷棱率，且n的值在2%-10%之間。
[0010]提供基于所述的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的控制方法，利用帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐進(jìn)行拉晶時(shí)，需要向水道中注入循環(huán)水，水道中的循環(huán)水量滿足公式Q=GXC (tg-th)，其中Q為拉晶時(shí)產(chǎn)生的熱量，G為水道中的循環(huán)水量，C為水的比熱容，tg為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度。[0011]作為進(jìn)一歩的改進(jìn)，水道中的供回水溫差滿足公式T=tg-th，其中T為水道中的供回水溫差，、為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度，且Τ的值不大于8°C。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]水冷熱屏底部與硅液面之間形成比較小的距離空間，氬氣由爐體上部經(jīng)過(guò)水冷熱屏的倒錐形空間，然后迅速通過(guò)此距離空間，向外圍擴(kuò)散，從而迅速將熱量帶走；由于熱輻射作用，大量的熱量散發(fā)到水冷熱屏的內(nèi)壁，水冷熱屏通過(guò)水道內(nèi)的循環(huán)冷卻水快速將水冷熱屏內(nèi)壁上的熱量帶走，形成一個(gè)熱量快速散發(fā)的通道，能夠更好地創(chuàng)造ー個(gè)對(duì)結(jié)晶有利的溫度空間，從而加快晶棒的結(jié)晶速度，縮短晶棒的生長(zhǎng)時(shí)間，提高拉晶效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中的附圖標(biāo)記為:1晶棒；2水冷熱屏外筒；3石英坩堝；4單晶生長(zhǎng)爐；5連接體；6水冷熱屏內(nèi)筒；7硅液。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述:
[0017]圖1中的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐4的爐體內(nèi)設(shè)有水冷熱屏，水冷熱屏設(shè)置在石英坩堝3的上方，水冷熱屏包括焊接固定的水冷熱屏內(nèi)筒6和水冷熱屏外筒2，水冷熱屏內(nèi)筒6和水冷熱屏外筒2都呈倒錐形，且在水冷熱屏內(nèi)筒6和水冷熱屏外筒2之間焊接有隔水條，隔水條在水冷熱屏內(nèi)筒6和水冷熱屏外筒2之間形成迂回的水道，水冷熱屏內(nèi)筒6和水冷熱屏外筒2的上端還焊接固定有連接體5，水道的進(jìn)ロ、出口分別通過(guò)連接體5與進(jìn)水管路、出水管路相連接。
[0018]晶棒1在拉晶過(guò)程中產(chǎn)生，在水冷熱屏內(nèi)冷卻，硅液7為高溫硅熔體，盛在石英坩堝3內(nèi)。水冷熱屏與晶棒1的水平距離滿足公式Szl^/v和S=K2/ η，其中V為晶棒1的拉晶速度，且V的值在1.5mm/min~6.0mm/s之間，も為常數(shù)，其值在1 X 10-6~4Χ 10-6之間，Κ2為常數(shù)，其值在8Χ 10_4~4Χ 10_3之間。S為水冷熱屏內(nèi)壁與晶棒1之間最窄處的水平距離，n為晶棒1的斷棱率，且Π的值在2%~10%之間?？芍?dāng)S值越小吋，V越大，即拉晶速度越快；另一方面由于S值越小，通過(guò)的氣體越不穩(wěn)定，會(huì)造成晶棒1斷棱現(xiàn)象，即當(dāng)S值越大時(shí)n值越小，即斷棱率越低。所以需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況選取一個(gè)合適的s值，既滿足拉晶速度較快，又滿足斷棱率較低的要求。
[0019]基于所述帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐4的控制方法是有關(guān)水道中的循環(huán)水量控制，水道中的循環(huán)水量滿足公式Q=GXC (tg-th)，其中Q為拉晶時(shí)產(chǎn)生的熱量，G為水道中的循環(huán)水量，C為水的比熱容，tg為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度。水道中的供回水溫差滿足公式T=tg-th，其中T為水道中的供回水溫差，tg為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度。當(dāng)散發(fā)相同的熱量Q時(shí)，供回水溫差T與循環(huán)水量G成比例關(guān)系，即系統(tǒng)的供回水溫差大，則循環(huán)水量就小，根據(jù)實(shí)際情況適宜將T的值控制在8°C以內(nèi)。
[0020]生產(chǎn)時(shí)，晶棒1在籽晶繩的帶動(dòng)下不斷上升，晶棒1的下端因?yàn)闇囟炔畹脑颍_(kāi)始結(jié)晶，并釋放出大量的熱，由于水冷熱屏的存在，能夠使熱量快速散發(fā)，形成ー個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)晶溫度，從而加快晶棒1結(jié)晶速度，縮短晶棒1生長(zhǎng)時(shí)間，提高拉晶效率。[0021]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐，包括石英坩堝，其特征在于，所述帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的爐體內(nèi)設(shè)有水冷熱屏，水冷熱屏設(shè)置在石英坩堝的上方，水冷熱屏包括連接固定的水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒，水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒都呈倒錐形，且在水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間設(shè)有水道，水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒的上端還連接固定有連接體，水道的進(jìn)ロ、出口分別通過(guò)連接體與進(jìn)水管路、出水管路相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間焊接有隔水條，通過(guò)隔水條在水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒之間形成水道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述水冷熱屏內(nèi)筒和水冷熱屏外筒通過(guò)焊接連接，水冷熱屏內(nèi)筒、水冷熱屏外筒與連接體也通過(guò)焊接連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐，其特征在于，所述水冷熱屏與單晶生長(zhǎng)爐中的晶棒的水平距離滿足公式SzKi/v和S=K2/ η，其中V為晶棒的拉晶速度，且V的值在1.5mm/min-6mm/min之間，も為常數(shù)，其值在IX 10-6-4Χ 10-6之間，Κ2為常數(shù),其值在8Χ 10_4-4Χ 10_3之間，S為水冷熱屏內(nèi)壁與晶棒最窄處的水平距離，η為晶棒的斷棱率，且Π的值在2%-1 0%之間。
5.基于權(quán)利要求 1所述的帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐的控制方法，其特征在于，利用帶水冷熱屏的單晶生長(zhǎng)爐進(jìn)行拉晶時(shí)，需要向水道中注入循環(huán)水，水道中的循環(huán)水量滿足公式Q=GXC (tg-th)，其中Q為拉晶時(shí)產(chǎn)生的熱量，G為水道中的循環(huán)水量，C為水的比熱容，tg為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，水道中的供回水溫差滿足公式T=tg-th，其中T為水道中的供回水溫差，tg為水道中的出水溫度，th為水道中的進(jìn)水溫度，且T的值不大于8°C。
【文檔編號(hào)】C30B15/00GK103451721SQ201310361500
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】朱亮, 曹建偉, 俞安州, 王巍, 沈興潮 申請(qǐng)人:浙江晶盛機(jī)電股份有限公司