专利名称：一种带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属冶炼设备，特别是一种适于制造大尺寸高纯度 多晶硅铸锭、带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉。
技术背景多晶硅片是一种制造太阳能硅电池的基础材料，用于制造太阳能硅电池 用多晶硅片的多晶硅铸锭的纯度要求很高，在真空炉坩埚内高温融化的多晶 硅溶液通常呈现三层结构，底部为比重较重的杂质层，上部为比重较轻的含 逢层，只有中间层才是质地较纯的可用层。对于小型坩埚，由于本身容积不 大，底部杂质层与上部含渣层比较接近，不仅获得的中间可用层往往很薄， 而且纯度也较难保证，所以从此角度来讲，要求坩埚的容积大些、深一些为佳；此外，从物理性能角度分析，熔炼生产多晶硅铸锭的真空炉应当具备能 使坩埚内的多晶硅溶液在环境稳定性相当高、无丝亳抖动或振动的环境中逐 渐由底部向上逐渐依次缓缓冷却、从底部开始向上逐渐依次定向结晶，以获 得晶格排列整齐、确保物理性能一致的多晶硅铸锭。但目前通用的、包含设置有炉体、保温罩、坩埚、料台、升降机构、电加热器件及其供电部件的多 晶硅锭结晶炉基本上均不能达到上述要求首先，在结构形式上，即便是近 几年问世的已考虑到定向结晶因素而设计的具有坩埚缓缓下降功能的多晶 硅锭结晶炉，升降机构设置在料台下方，内装多晶硅原料的坩埚设置在料台 上，坩埚中融化的液态多晶硅溶液具备了从底部开始逐渐降温、定向结晶的 条件，但由于机械传动机构工作时避免不了振动和抖动，因而避免不了对坩埚内多晶硅溶液结晶时的千扰、从而影响晶格排列，除结晶质量难保证外， 产品质量的稳定性也差；其次，由于坩埚及其内装的多晶硅溶液或原料的总 重量作为升降机构的负载直接作用于机械传动机构上，而机械传动机构的承 载能力有限，这在一定程度上限制了坩埚的容积量。所以现有的料台可升降 式多晶硅锭结晶炉不能满足铸造大尺寸、高纯度多晶硅铸锭的要求。 发明内容本实用新型的目的是要提供一种带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸 锭炉，以便将现有技术的料台及坩埚升降式、保温罩固定式多晶硅锭结晶炉 改设置为保温罩升降式和料台及坩埚固定式，摆脱机械式升降机构工作时对 多晶硅溶液结晶时的干扰、克服不适宜用于铸造大尺寸、高纯度多晶硅铸锭 的弊端。本实用新型的带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉主体包含设置 有炉体、料台、坩埚、保温罩、升降机构和供电部件及电加热器件，坩埚设 置在科台上，保温罩覆盖设置在料台上方的坩埚外围，电加热器件固定安装 设置在保温罩顶部上，其主体伸置于保温罩内壁与坩埚外围之间的间隙中， 供电部件中包含设置有电气控制装置、电极和供电电缆，特征在于保温罩设置为可升降式；升降机构安装设置在炉盖上，并通过一端固定设置在保温 罩顶部上的连动杆与保温罩牵引相连；供电部件中包含设置有电气控制装 置、水冷式电极和水冷式柔性电缆，所述的电气控制装置包含有保温罩升降 控制机构和电加热控制机构，所述的水冷式电极近顶端部上设置有水流进出 接口、内部设置有水流通道，由设置在炉盖上的水冷式上电极和对应设置在 保温罩顶部上的水冷式下电极构成、所述的水冷式柔性电缆设置在水冷式上电极和水冷式下电极之间，由内部柔性电缆线和外部柔性塑胶管及内部水流 通道构成；所述的升降机构由伺服电机、丝杆、滑块及导轨构成的伺服直线 运动机构和连动杆组成，以同圆等间距排列的形式安装设置在炉盖上，至少 设置有规格和技术指标完全相符的三组，由电气控制装置中的保温罩升降控制机构统一控制、同步动作；所述的连动杆主体啮合设置在伺服直线运动机 构上，其下端部固定设置在保温罩顶部上；所述的水冷式下上下电极内部和 水冷式柔性电缆内部的水流通道互相水路相通；所述的水冷式上电极固定安 装设置在炉盖上，通过供电电缆与电加热控制机构电气相连，所述的水冷式 下电极固定安装设置在保温罩顶部上，与电加热器件的接线端电气相连，所 述的位于上下电极之间的水冷式柔性电缆由内部软性导线、外部柔性PVC塑 胶管和中间水流通道构成；所述的炉体、料台、坩埚和保温罩的基本形状可 以按需设置呈方形或圆形。工作时，坩埚固定设置在料台上，电加热器件随同保温罩覆盖设置在料 台上的坩埚周围，冷却水由水冷式上电极上的水流进出接口进入，经水冷式 柔性电缆后由水冷式下电极上的水流进出接口流出、进入邻接的另一组供电 部件上的水冷式下电极上的水流进出接口，经水冷式柔性电缆后由水冷式上 电极上的水流进出接口流出，以确保水冷式上下电极和水冷式柔性电缆的有 效工作寿命，当坩埚内的多晶硅原料完全融化后开始结晶时，由保温罩升降 控制机构控制升降机构中的伺服电机工作，执行驱动连动杆牵引保温罩按预 定的要求缓缓上移的动作，使坩埚底部首先脱离高温区、坩埚内的多晶硅溶 液从底部开始缓缓降温、依次冷却，实现定向结晶。基于上述构思的本实用新型带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，由于料台和其上的坩埚设置为固定式、保温罩设置为受控升降式，升降机构 中机械传动部件工作时产生的任何抖动或振动均不会对坩埚内多晶硅溶液 的结晶带来干扰，而对于升降机构来说，它所承受的固定负载仅是内带电加 热器件的保温罩，所以坩埚内部容积的大小、坩埚及其内装的多晶硅溶液或 原料的总重量只与料台的承载能力有关，因此便于在真空炉内设置大容量的
坩埚；且由于坩埚处于静止、无外界干扰的状态，有利于确保结晶质量，便 于生产出质量统一、且稳定性好的大尺寸高纯度多晶硅铸锭；由于供电部件 中设置了水冷式上下电极和水冷式柔性电缆，除了有利于确保供电部件的工 作寿命外，还可确保保温罩在升降机构牵引下的升降位移。综上所述，本实 用新型带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉的结构科学且合理，工作可 靠且寿命长，产品质量稳定且纯度高，可有效克服现有技术的多晶硅锭结晶 炉不能生产大尺寸、高纯度多晶硅铸锭的弊端，具有很强的实用性和可贵的 巿场应用前景。
图i是本实用新型实施例的总体结构示意图； 图2是图1的俯视图3是本实用新型实施例中电加热供电构件设置示意图4是本实用新型实施例中水冷式电极及水冷式电缆的结构示意图5是本实用新型实施例中升降机构设置示意图6是本实用新型实施例中冷却水流向示意图。
图中
l.炉体 2.料台 3.坩埚4.保温罩 5.升降机构6.供电部件7.电加热器件 8.间隙9.电气控制装置
9- 1.保温罩升降控制机构 9-2.电加热控制机构 10.电极
10- I.水冷式上电极 10-2.水冷式下电极 ll.输电电缆
11- l.水冷式柔性电缆 12.炉盖 13.连动杆14.近顶端部 15.水流进出接口 16.水流通道17.柔性电缆线18.柔性塑胶管 19.水流通道20.伺服直线运动机构 21.下端部 22.顶部
具体实施方式
以下结合附图和典型实施例对本实用新型实用新型作进一步说明。 在图l、图2、图3、图4和图5中，本实用新型的适于制造大尺寸高纯 度多晶硅铸锭的真空炉主体包含有炉体l、料台2、坩埚3、保温罩4、升降 机构5和供电部件6及电加热器件7，坩埚3设置在料台2上，保温罩4覆 盖设置在料台2上方坩埚3的外围，电加热器件7固定安装设置在保温罩4 顶部上、其主体伸置在保温罩4内壁与坩埚3外围之间的间隙8中，供电部 件6中包含设置有电气控制装置9、电极10和输电电缆11,特征在于保 温罩4设置为可升降式；升降机构5安装设置在炉盖12上，通过一端固定 设置在保温罩4顶部上的连动杆13与保温罩4牵引相连；所述的电气控制 装置9由保温罩升降控制机构9-1和电加热控制机构9-2组成；所述的电极 10由设置在炉盖12上的水冷式上电极10-1和设置在保温罩4顶部上的水冷 式下电极10-2构成、近顶端部14的侧面上设置有水流进出接口 15、内部设 置有水流通道16，所述的设置在水冷式上电极10-1和水冷式下电极10-2 之间的输电电缆11由内部柔性电缆线17、外部柔性塑胶管18和中间水流通 道19构成的水冷式柔性电缆11-1充任，柔性塑胶管18的内径大于柔性电缆线17的直径，中间水流通道19由柔性塑胶管18和柔性电缆线17间的内 部间隙构成；所述的升降机构5由伺服直线运动机构20和连动杆13充任， 以同圆等间距排列的形式安装设置在炉盖12上，设置有规格和技术指标完 全相符的三组，由电气控制装置9中的保温罩升降控制机构9-l统一控制、 同步动作；所述的连动杆13主体啮合设置在伺服直线运动机构20上，其下 端部21固定设置在保温罩4的顶部22上；所述的水冷式下上下电极IO-I 和10-2内部的水流通道16和水冷式柔性电缆11-1内的水流通道19互相水 路相通；所述的水冷式上电极10-1固定安装设置在炉盖12上，通过电缆11 与电加热控制机构9-2电气相连，所述的水冷式下电极10-2固定安装设置 在保温罩4的顶部22上，与电加热器件7的接线端电气相连，所述的水冷 式柔性电缆11-1设置于上电极10-1和下电极10-2之间。
在图1和图6中，工作时，坩埚3固定设置在料台2上，电加热器件7 随同保温罩4覆盖设置在料台2上的坩埚3周围，冷却水由水冷式上电极10 -l的水流进出接口 15进入，经水冷式柔性电缆11-1后由水冷式下电极 10-2上的水流进出接口 15流出、进入邻接的另一组供电部件6上的水冷式 下电极10-2上的水流进出接口 15,经水冷式柔性电缆11-1后由水冷式上 电极10-1上的水流进出接口 15流出。当坩埚3内的多晶硅原料完全融化 后开始结晶时，由保温罩升降控制机构9-1控制升降机构5中的伺服电机 工作，执行驱动连动杆13牵引保温罩4按预定的要求缓缓上移的动作，使 坩埚3底部首先脱离高温区、坩埚3内的多晶硅溶液从底部开始缓缓降温、 依次冷却，实现定向结晶。
权利要求1.一种带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，包含有炉体(1)、料台(2)、坩埚(3)、保温罩(4)、升降机构(5)和供电部件(6)及电加热器件(7)，坩埚(3)设置在料台(2)上，保温罩(4)覆盖设置在料台(2)上方坩埚(3)的外围，电加热器件(7)固定安装设置在保温罩(4)顶部上、其主体伸置在保温罩(4)内壁与坩埚(3)外围之间的间隙(8)中，供电部件(6)中包含设置有电气控制装置(9)、电极(10)和输电电缆(11)，其特征在于a.所述的电气控制装置(9)中包含有保温罩升降控制机构(9-1)和电加热控制机构(9-2)；b.所述的升降机构(5)由同圆等间距排列安装设置在炉盖(12)上的伺服直线运动机构(20)和一端固定设置在保温罩(4)顶部上的连动杆(13)组成；c.所述的电极(10)由近顶端部(14)上设置有水流进出接口(15)和内部设置有水流通道(16)、安装设置在炉盖(12)上的水冷式上电极(10-1)和安装设置在保温罩(4)顶部(22)上的水冷式下电极(10-2)构成；d.所述的输电电缆(11)中设置在水冷式上电极(10-1)和水冷式下电极(10-2)之间的部分由内部柔性电缆线(17)、外部柔性塑胶管(18)和由柔性塑胶管(18)及柔性电缆线(17)间的内部间隙构成中间水流通道(19)的水冷式柔性电缆(11-1)充任。
2. 根据权利要求l所述的带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，其 特征在于所述的炉盖(12)上至少设置有三组规格和技术指标完全相 符、通过输电电缆(11)与保温罩升降控制机构(9-1)电气相连的升降 机构(5)。
3. 根据权利要求1所述的带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，其特征在于所述的水冷式上电极(10-1)及下电极(10-2)内部的水流通 道(16)和水冷式柔性电缆(11-1)内的水流通道(19)互相水路相通。
4. 根据权利要求l所述的带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，其特征在于所述的水冷式上电极(10-1)通过输电电缆(ll)与电加热控 制机构(9-2)电气相连、固定安装设置在炉盖(12)上。
5. 根据权利要求1所述的带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，其特征在于所述的水冷式下电极(10-2)与电加热器件(7)的接线端电 气相连、固定安装设置在保温罩(4)的顶部(22)上。
专利摘要本实用新型涉及一种带水冷式双电极和软电缆的多晶硅铸锭炉，保温罩设置为可升降式，由伺服直线运动机构和一端固定设置在保温罩顶部上的连动杆组成的升降机构主体安装设置在炉盖上，供电部件中的电极设置为水冷式，位于炉内的供电电缆设置为柔性水冷式。由于料台和坩埚设置为可免受升降机构的工作干扰、有利于确保结晶质量的固定式，坩埚内部容积的大小只与料台的承载能力有关，便于设置大容量的坩埚，且采用了具有确保可靠工作寿命的水冷式上下电极和水冷式柔性电缆，便于保温罩的自由升降，结构科学且合理，工作可靠且寿命长，产品质量稳定且纯度高，适于生产大尺寸、高纯度的多晶硅铸锭，具有很强的实用性。
文档编号C30B35/00GK201162062SQ200820055739
公开日2008年12月10日 申请日期2008年2月26日 优先权日2008年2月26日
发明者炜 徐 申请人:上海晨安电炉制造有限公司