一种硅芯炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及到硅芯制备设备的技术领域，尤其涉及到一种硅芯炉。
【背景技术】
[0002]硅芯是光伏行业上游中的改良西门子法还原炉所用的晶种，主要用于高纯原生多晶硅的生产。目前，硅芯的制备方式主要有硅芯炉生长法和晶体直拉生产法。其中，硅芯炉是最早生产硅芯的专用设备，在惰性气氛下，将原生多晶硅棒局部熔化后，将带有籽晶的籽晶轴插入到熔化的原生多晶硅料中，逐步提升籽晶轴，进行引晶，待达到设定的直径后，连带熔化的原生多晶硅料上升，熔化的多晶硅料拉晶上升时温度降低并长晶形成硅圆棒。该技术的缺点:生产效率低，能耗高。晶体直拉法使用直拉单晶炉进行生产，首先拉制出多晶硅/单晶硅圆棒，再通过线锯将圆棒切成目标尺寸的硅芯。该技术的缺点:受晶体直拉影响，多晶硅/单晶硅圆棒的电阻头尾差距很大，对硅芯品质有影响。在切割方硅芯过程中，圆棒的利用率低，生产成本高。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供了一种硅芯炉，用以提高硅芯长晶的效率。
[0004]本实用新型提供了一种硅芯炉，该硅芯炉包括炉体，以及设置在所述炉体内的长晶托盘，设置在长晶托盘上并用于盛放原料多晶硅料的条形坩祸，以及用于熔化所述原料多晶硅料的加热装置，且所述托盘内设置有冷却气体通道，还包括与所述冷却气体通道连通的氩气冷却系统。
[0005]在上述技术方案中，通过将硅料放置在条形坩祸内长晶形成硅锭，再根据需要的尺寸切割硅锭形成硅芯，并通过设置的氩气冷却系统提高了形成梯度温度，便于硅锭的形成。整个硅芯的制备过程中，在硅锭水平方向的电阻率均一性能够得到保证。从而保证了硅锭首尾电阻率相近似，不会出现现有技术中的多晶硅圆棒的电阻头尾差距很大情况，有效的改善了所形成硅芯的电阻率，此外，使用本设备制作硅芯时，所需的能耗小，长晶效率高，方棒利用率尚，从而提尚了生广效率。
[0006]优选的，所述氩气冷却系统包括:
[0007]冷却交换器；所述冷却交换器包括外壳以及设置在所述外壳内的多个换热管道，且所述外壳与所述换热管道之间形成容纳换热液体的腔体；
[0008]进气管道，将所述换热管道的出气口与所述冷却气体通道的进气口连通并向所述硅芯炉供冷气；
[0009]出气管道，将所述换热管道的进气口与所述冷却气体通道的出气口连通并导出硅芯炉内的热气；所述出气管道包括外管以及套装在外管内的内管，且所述外管与内管之间具有环形的容纳管道，所述容纳管道与所述腔体连通。
[0010]优选的，所述出气管道包括主管道以及与所述主管道连通的两个分管道，其中，所述主管道与所述换热管道的进气口连通，所述两个分管道分别与所述冷却气体通道的出气口连通。提高了氩气的流动速度。
[0011]优选的，还包括设置在所述进气管道上的气体循环栗。进一步的提高了氩气的流动速度。
[0012]优选的，所述气体循环栗为罗茨栗。
[0013]优选的，所述出气管道由多节通过波纹软管连接的管道组成。
[0014]优选的，所述换热管道为三根，且三根换热管道呈品字形排列，所述三根换热管道共用一个出气口和一个进气口。提高了换热的效率。
[0015]优选的，还包括分别设置在所述出气管道和所述进气管道上的蝶阀。控制出气管道的开关。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型实施例提供的硅芯炉的冷却系统；
[0017]图2为本实用新型实施例提供的冷却换热器的结构示意图。
[0018]附图标记:
[0019]1-冷却交换器11-换热管道12-腔体
[0020]13-外壳2-气体循环栗3-进气管道
[0021]4_出气管道5_蝶阀6_分水块
[0022]7-波纹软管
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]如图1所示，图1示出了本实用新型实施例提供的硅芯炉的氩气冷却系统；
[0025]本实用新型提供了一种硅芯炉，该硅芯炉包括炉体，以及设置在炉体内的长晶托盘，设置在长晶托盘上并用于盛放原料多晶硅料的条形坩祸，以及用于熔化原料多晶硅料的加热装置，且托盘内设置有冷却气体通道，还包括与冷却气体通道连通的氩气冷却系统。
[0026]在上述实施例中，通过将硅料放置在条形坩祸内长晶形成硅锭，再根据需要的尺寸切割硅锭形成硅芯，并通过设置的氩气冷却系统提高了形成梯度温度，便于硅锭的形成。整个硅芯的制备过程中，在硅锭水平方向的电阻率均一性能够得到保证。从而保证了硅锭首尾电阻率相近似，不会出现现有技术中的多晶硅圆棒的电阻头尾差距很大情况，有效的改善了所形成硅芯的电阻率，此外，使用本设备制作硅芯时，所需的能耗小，长晶效率高，方棒利用率尚，从而提尚了生广效率。
[0027]具体的，如图2所示，氩气冷却系统包括:冷却交换器I ;冷却交换器I包括外壳13以及设置在外壳13内的多个换热管道11，且外壳13与换热管道11之间形成容纳换热液体的腔体12 ;进气管道3，将换热管道11的出气口与冷却气体通道的进气口连通并向硅芯炉供冷气；出气管道4，将换热管道11的进气口与冷却气体通道的出气口连通并导出硅芯炉内的热气；出气管道4包括外管以及套装在外管内的内管，且外管与内管之间具有环形的容纳管道，容纳管道与所述腔体12连通。
[0028]在具体生产时，硅芯炉的炉膛内部安装有铸锭时用来加热的石墨加热器、保温层和条形坩祸，其中，条形坩祸放置在长晶托盘上。在具体的生产过程中，当需要冷却时，通过进气管道3将冷的氩气送入到长晶托盘内的冷却管道内，冷却管道内的氩气与放置在长晶托盘上的条形坩祸进行换热，使得条形坩祸内的熔化的原生多晶硅料冷却并长晶，同时，氩气的温度上升，并通过出气管道4流出到冷却换热器的换热管道11内，并在换热管道11内与腔体12内的换热液体换热，使得热的氩气变成冷的氩气，降温后的氩气再次通过进气管道3进入到冷却管道内对条形坩祸进行降温。从而形成一个换热的循环，不断的降低条形坩祸内的熔化的原生多晶硅料的温度，进而提高了长晶的效率。
[0029]在上述实施例中，为了避免热的氩气在出气管道4流通时导致出气管道4变热的情况，较佳的，该出气管道4采用双层管道，即其包含外管以及套装在外管内的内管，且外管与内管之间具有环形的容纳管道，容纳管道与腔体12连通。其中，内管流通氩气，外管与内管之间流通换热液体。从而避免了出气管道4变热容易引起的意外烫伤情况，同时，氩气在出气管道4内进行换热进一步的提高了换热的效率。此外，出气管道4上设置有分水块6，该分水块6用于向腔体12内供入冷的换热液体，并将热的换热液体导出，从而形成换热液体的循环。
[0030]在具体使用时，较佳的，出气管道4包括主管道以及与主管道连通的两个分管道，其中，主管道与换热管道11的进气口连通，两个分管道分别与冷却气体通道的出气口连通。通过两个分管道导出热的氩气提高了氩气的流动速度。
[0031]此外，为了进一步的提高氩气的流动速度，较佳的，还包括设置在进气管道3上的气体循环栗2。具体的，气体循环栗2为罗茨栗。同时，为了控制出气管道4的氩气冲入的时间含量，影响温度梯度，较佳的，还包括设置在出气管道4上的蝶阀5。通过蝶阀5控制出气管道4的开关，从而在需要冷却时，通过打开蝶阀5，使得氩气能够进入到冷却管道内。其中的出气管道4由多节通过波纹软管7连接的管道组成。
[0032]对于冷却换热器来说，为了提高换热的效率，其包含的换热管道11为三根，且三根换热管道11呈品字形排列，三根换热管道11共用一个出气口和一个进气口。应当理解的是本实施例提供的冷却换热器的换热管道的根数不仅限于三根，还可以是其他的任意根数，只需能够增强换热效率即可。
[0033]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种硅芯炉，其特征在于，包括炉体，以及设置在所述炉体内的长晶托盘，设置在长晶托盘上并用于盛放原料多晶硅料的条形坩祸，以及用于熔化所述原料多晶硅料的加热装置，且所述托盘内设置有冷却气体通道，还包括与所述冷却气体通道连通的氩气冷却系统。2.如权利要求1所述的硅芯炉，其特征在于，所述氩气冷却系统包括: 冷却交换器；所述冷却交换器包括外壳以及设置在所述外壳内的多个换热管道，且所述外壳与所述换热管道之间形成容纳换热液体的腔体； 进气管道，将所述换热管道的出气口与所述冷却气体通道的进气口连通并向所述硅芯炉供冷气； 出气管道，将所述换热管道的进气口与所述冷却气体通道的出气口连通并导出硅芯炉内的热气；所述出气管道包括外管以及套装在外管内的内管，且所述外管与内管之间具有环形的容纳管道，所述容纳管道与所述腔体连通。3.如权利要求2所述的硅芯炉，其特征在于，所述出气管道包括主管道以及与所述主管道连通的两个分管道，其中，所述主管道与所述换热管道的进气口连通，所述两个分管道分别与所述冷却气体通道的出气口连通。4.如权利要求2所述的硅芯炉，其特征在于，还包括设置在所述进气管道上的气体循环栗。5.如权利要求4所述的硅芯炉，其特征在于，所述气体循环栗为罗茨栗。6.如权利要求2?5任一项所述的硅芯炉，其特征在于，所述出气管道由多节通过波纹软管连接的管道组成。7.如权利要求6所述的硅芯炉，其特征在于，所述换热管道为三根，且三根换热管道呈品字形排列，所述三根换热管道共用一个出气口和一个进气口。8.如权利要求6所述的硅芯炉，其特征在于，还包括分别设置在所述出气管道和所述进气管道上的蝶阀。
【专利摘要】本实用新型涉及到硅芯设备的技术领域，公开了一种硅芯炉。该硅芯炉包括炉体，以及设置在所述炉体内的长晶托盘，设置在长晶托盘上并用于盛放原料多晶硅料的条形坩埚，以及用于熔化所述原料多晶硅料的加热装置，且所述托盘内设置有冷却气体通道，还包括与所述冷却气体通道连通的氩气冷却系统。在上述技术方案中，硅芯炉采用定向凝固法形成硅锭，并在具体的冷却过程中，通过采用氩气冷却系统对熔化的原生多晶硅料进行冷却，形成较大的温度梯度差，从而提高了长晶的效率。提高了硅锭的生产效率。
【IPC分类】C30B29/06, C30B28/10
【公开号】CN204918845
【申请号】CN201520543266
【发明人】陈辉, 刘和松, 郁叙法, 张礼铭, 郭大伟
【申请人】北京京运通科技股份有限公司, 江阴东升新能源有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年7月24日