单晶硅定向凝固引晶模块的制作方法

本发明涉及单晶硅技术领域，具体涉及一种单晶硅定向凝固引晶模块。

背景技术：

硅单晶和硅多晶铸锭是晶体硅太阳能电池最常用的材料。通常，使用硅单晶材料制造的太阳能电池比使用硅多晶材料制造的太阳能电池具有更高的光电传换效率。目前，硅单晶最常用的制造方法有提拉法(czochralski法)和区熔法(floatingzone法)；硅多晶的制造方法则通常采用定向凝固法(即铸造法)。定向凝固法是将硅原料放置在多晶铸锭炉内的坩埚中，通过改变温度场使硅原料从下向上定向结晶而成硅多晶。

目前，采用定向凝固法生长而成的硅晶体通常为硅多晶，而不能得到硅单晶，其主要原因在于，定向凝固的初始过程并没有采用特定晶向的籽晶进行引导，凝固通常是从石英坩埚壁面开始，自发形成多个凝固核心并逐渐长大，使其最终形成的晶体为多晶而不是单晶。因此，采用定向凝固法生长硅单晶需要满足特定的条件，其中最重要的是在凝固开始时需要采用籽晶完成引晶过程。

采用定向凝固生长单晶硅过程中，单晶硅生长环境的温度场较难控制，液态硅原料在定向凝固过程中易在坩埚内壁上成核结晶，形成多晶硅结构。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：采用定向凝固生长单晶硅过程中，单晶硅生长环境的温度场较难控制，液态硅原料在定向凝固过程中易在坩埚内壁上成核结晶，形成多晶硅结，本发明提供了解决上述问题的单晶硅定向凝固引晶模块。

本发明通过下述技术方案实现：

单晶硅定向凝固引晶模块，包括第一坩埚和第二坩埚，所述第二坩埚套设在第一坩埚内，所述第二坩埚内底部几何中心处开设有安装孔，安装孔内可拆卸连接设有用于夹持籽晶的固定件；

所述第二坩埚的外径小于第一坩埚的内径，在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内设有石墨保温织套，所述石墨保温织套呈轴向两端敞口的筒状结构，石墨保温织套的轴向一端通过连接件固定在环形腔室的顶端、轴向另一端在重力作用下自然垂挂在环形腔室底部。

本发明工作原理为：使用时，先将第二坩埚套设在第一坩埚内，确保第一坩埚和第二坩埚的轴心线重合，然后将石墨保温织套放入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，通过连接件将石墨保温织套的端部固定在第一坩埚和第二坩埚的顶部，这样受自身重力作用，整个石墨保温织套悬垂在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，这样由第二坩埚外壁至第一坩埚内壁之间，依次有空气保温层、石墨保温织套保温层和空气保温层，对第一坩埚形成良好的保温作用；此外，先将籽晶安装在固定件上，然后将固定件可拆卸连接设置在安装孔内，方便拆装操作；在将熔融后的液态硅料倒入第二坩埚内进行定向凝固生长单晶硅过程中，可有效防止液态硅原料在第一坩埚侧壁上成核结晶，利于获得高质量的单晶硅产品。

优选地，所述连接件呈环形板结构，环形板的内径与第二坩埚的内径相等，环形板的外径与第一坩埚的外径相等；石墨保温织套的一端敞口端固定在环形板的下板面上。

采用环形板固定石墨保温织套，结构简单，方便操作，由于，环形板的内径与第二坩埚的内径相等，环形板的外径与第一坩埚的外径相等，可将对石墨保温织套起到良好的固定悬挂作用，防止石墨保温织套整体坠入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内。

优选地，所述环形板的下板面上还沿周向凸设有第一定位环和第二定位环；所述第一坩埚的顶部端面上沿周向设有与所述第一定位环适配的第一定位槽，第二坩埚的顶部端面上沿周向设有与所述第二定位环适配的第二定位槽。

通过在环形板上设置第一定位环和第二定位环对应与第一定位槽和第二定位槽嵌入式适配，保障环形板在的稳固固定，防止使用过程中，环形板移动，影响对第一坩埚保温的均匀性。

优选地，所述环形板的上板面上设有提拉环。

通过设置提拉环，方便将石墨保温织套起吊或下放操作。

优选地，所述石墨保温织套的轴向底端设有配重环。

通过在石墨保温织套底部设置配重环，增加石墨保温织套底部的下垂重力，保障石墨保温织套在环形腔室内正常伸展开来，防止石墨保温织套发生折叠或堆积，影响保温效果。

优选地，所述固定件呈一端敞口一端封闭的筒状结构，籽晶插入筒状结构内固定；筒状结构的顶部敞口端外壁上环设有限位板，所述限位板上开设有通孔，第二坩埚的底面、且位于安装孔外缘处设有与所述通孔适配的螺纹孔，通过石墨销钉贯穿所述通孔、旋入螺纹孔内固定。

具体地，固定件采用筒状结构，籽晶插入筒状结构内固定，筒状结构通过石墨稍钉固定在安装孔内，这样可依据籽晶的大小选择不同内径的筒状结构，保障筒状结构外径始终与安装孔适配即可，操作较为灵活。

优选地，所述筒状结构的侧壁上开设有螺纹通孔，螺纹通孔的轴线与筒状结构的轴线方向垂直，通过石墨稍钉旋入所述螺纹通孔内将筒状结构内的籽晶压紧固定。

优选地，所述第一坩埚内底部几何中心处凸设有定位柱，所述第二坩埚外底部凹设有与所述定位柱适配的定位孔。

将籽晶固定在筒状结构内，防止籽晶上浮。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明工作原理为：使用时，先将第二坩埚套设在第一坩埚内，确保第一坩埚和第二坩埚的轴心线重合，然后将石墨保温织套放入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，通过连接件将石墨保温织套的端部固定在第一坩埚和第二坩埚的顶部，这样受自身重力作用，整个石墨保温织套悬垂在第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内，这样由第二坩埚外壁至第一坩埚内壁之间，依次有空气保温层、石墨保温织套保温层和空气保温层，对第一坩埚形成良好的保温作用；在将熔融后的液态硅料倒入第二坩埚内进行定向凝固生长单晶硅过程中，可有效防止液态硅原料在第一坩埚侧壁上成核结晶，利于获得高质量的单晶硅产品；适用于采用冷却水铜盘冷却或风冷冷却等热交换法进行定向凝固；

2、本发明采用环形板固定石墨保温织套，结构简单，方便操作，由于，环形板的内径与第二坩埚的内径相等，环形板的外径与第一坩埚的外径相等，可将对石墨保温织套起到良好的固定悬挂作用，防止石墨保温织套整体坠入第一坩埚和第二坩埚之间的环形腔室内。通过在环形板上设置第一定位环和第二定位环对应与第一定位槽和第二定位槽嵌入式适配，保障环形板在的稳固固定，防止使用过程中，环形板移动，影响对第一坩埚保温的均匀性；通过在石墨保温织套底部设置配重环，增加石墨保温织套底部的下垂重力，保障石墨保温织套在环形腔室内正常伸展开来，防止石墨保温织套发生折叠或堆积，影响保温效果；

3、本发明首先将籽晶安装在固定件上，然后将固定件可拆卸连接设置在安装孔内，方便拆装操作；具体地，固定件采用筒状结构，籽晶插入筒状结构内固定，筒状结构通过石墨稍钉固定在安装孔内，这样可依据籽晶的大小选择不同内径的筒状结构，保障筒状结构外径始终与安装孔适配即可，操作较为灵活。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的整体轴向截面结构示意图；

图2为本发明的石墨保温织套立体结构示意图；

图3为本发明的固定件轴向截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-第一坩埚，2-第二坩埚，3-籽晶，4-石墨保温织套，5-连接件，6-第一定位环，7-第二定位环，8-第一定位槽，9-第二定位槽，10-提拉环，11-配重环，12-安装孔，13-固定件，14-限位板，15-石墨销钉，16-定位柱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

单晶硅定向凝固引晶模块，包括第一坩埚1和第二坩埚2，所述第二坩埚2套设在第一坩埚1内，所述第二坩埚2内底部几何中心处开设有安装孔12，安装孔12内可拆卸连接设有用于夹持籽晶3的固定件13；所述第二坩埚2的外径小于第一坩埚1的内径，在第一坩埚1和第二坩埚2之间的环形腔室内设有石墨保温织套4，所述石墨保温织套4呈轴向两端敞口的筒状结构，石墨保温织套4的轴向一端通过连接件5固定在环形腔室的顶端、轴向另一端在重力作用下自然垂挂在环形腔室底部。

实施例2

在实施例1的基础上进一步改进，所述连接件5呈环形板结构，环形板的内径与第二坩埚2的内径相等，环形板的外径与第一坩埚1的外径相等；石墨保温织套4的一端敞口端固定在环形板的下板面上。环形板的下板面上还沿周向凸设有第一定位环6和第二定位环7；所述第一坩埚1的顶部端面上沿周向设有与所述第一定位环6适配的第一定位槽8，第二坩埚2的顶部端面上沿周向设有与所述第二定位环7适配的第二定位槽9。环形板的上板面上设有提拉环10。石墨保温织套4的轴向底端设有配重环11；第一坩埚1内底部几何中心处凸设有定位柱16，所述第二坩埚2外底部凹设有与所述定位柱16适配的定位孔。

实施例3

在实施例2的基础上进一步改进，所述固定件13呈一端敞口一端封闭的筒状结构，籽晶3插入筒状结构内固定；筒状结构的顶部敞口端外壁上环设有限位板14，所述限位板14上开设有通孔，第二坩埚2的底面、且位于安装孔12外缘处设有与所述通孔适配的螺纹孔，通过石墨销钉15贯穿所述通孔、旋入螺纹孔内固定。所述筒状结构的侧壁上开设有螺纹通孔，螺纹通孔的轴线与筒状结构的轴线方向垂直，通过石墨稍钉15旋入所述螺纹通孔内将筒状结构内的籽晶3压紧固定。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。