一种多晶硅定向长晶热场结构的制作方法

专利名称：一种多晶硅定向长晶热场结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多晶硅定向长晶热场结构，属太阳能多晶硅 晶体的定向生长热场结构技术领域。
背景技术：
硅(Si)是一种半导体元素，太阳能硅电池片就是利用这一特性，在硅表面形成光伏特效应，产生电能。为制备太阳能电池片，需要将 多晶硅原料重熔后定向凝固，然后切片做成电池片组件。为实现多晶 硅的定向长晶凝固过程，需要一个能稳定长晶的热场，构成多晶硅长 晶热场的主要部件是保温隔热笼体、以及置于其内部的加热器、热交 换台，根据需要，还可以有通水冷却块。保温隔热笼体是一个四方六 面体，主要是保证热场温度能维持起来，根据技术设计，可以将底板、顶板、四侧板分开做成部件，以实现运动需要；加热器主要是提供热 场升温所需要的热能；热交换台作为多晶硅原料的工作平台，起散热 作用；通水冷却块因其内部通有水冷却剂，在个别技术方案中是作为 强制冷却作用而存在的。为描述方便，可以将现有的多晶硅定向长晶 热场技术分为侧板提拉法，隔板抽拉法等。侧板提拉法主要是将构成热场的保温隔热笼体的四侧板设计为一 个运动部件，侧板往下运动可以将多晶硅重熔长晶的热场封闭起来， 通电使热场里的加热器升温，以加热熔化多晶硅原料；侧板部件往上 提升，则打开热场腔室，暴露出热交换台，形成热场垂直温度梯度， 通过一定的工艺步骤，实现定向长晶过程。隔板抽拉法是将构成热场 的保温隔热笼体的中间设置一组保温隔热隔板，将热场底部的通水冷却块与热交换台隔开，当多晶硅原料完全熔化后，按一定工艺步骤抽 去中间的隔热隔板，使通水冷却块与热交换台发生热交换，形成热场 垂直温度梯度，实现定向长晶过程。上述的两种方法，虽然都能达到 晶体定向生长的目的，但都存在结构复杂，能耗偏高，热冲击大，长 晶缓慢，晶体生长质量差等问题。发明内容本实用新型的目的是提供一种设计合理，结构简单，定向长晶效 果好的多晶硅定向长晶热场结构。本实用新型为一种多晶硅定向长晶热场结构，包括保温隔热笼体， 置于保温隔热笼体内的加热器和热交换台，其特征在于保温隔热笼体 的底部还设有可上下垂直运动的保温隔热底板，保温隔热笼体和保温 隔热底板形成一个腔室。所述的保温隔热笼体底部可与保温隔热底板的表面直接连接。所述的保温隔热笼体底部可为L型结构并与保温隔热底板两端错位连 接。所述的保温隔热底板两端可为L型结构并与保温隔热笼体底部错 位连接。所述的保温隔热底板可在支撑导杆的作用下上下垂直运动。 所述保温隔热笼体的侧面与热交换台之间还设有保温隔热隔板。 所述的加热器和保温隔热底板分别由外设的控制器控制。 本实用新型经多次计算机模拟与反复试验比较，通过保温隔热笼 体底部保温隔热底板的升降式结构设置，来获得多晶硅定向长晶所需要的工艺手段，与现有技术相比，具有以下突出优点和积极效果1、结构简单，升降式的保温隔热底板重量轻，运动方式单一，与热场外部其他结构部件非常容易整合；而且保温隔热底板与保温隔热 笼体的交接面少，减少了运动时因相互之间摩擦产生的粉尘对高纯多 晶硅原料的污染；
2、 通过计算机模拟和实际测试，热场垂直温度梯度更为理想，结晶趋势朝理想化发展，排杂效果好；
3、 热冲击小，硅液结晶时内应力小，结晶位错率低。保温隔热笼 体底部保温隔热底板向下运动时，不会造成热场腔室内温度的急剧下 降，且由于通过计算机模拟优化，使得晶体生长界面水平高度基本一 致，结晶应力小，位错可能性低；
4、 能耗低，在加热器两端设置保温隔热隔板，把腔室分隔成上下 两部分，在保温隔热底板向下运动后，能进一步阻挡腔室上半部对外 散热，从而减少加热器的加热功率，降低电能消耗。实际检测，结晶 功率相比可降低20%之多；
5、 本实用新型使热场结构的整体设计更趋合理简单，使得加热(加 热器功率)与散热(底板下降量)位于不同的区域，两个量值相互干 扰性降低，在控制上更容易实现两个量值的动态调整，从而最大化实 现长晶速度。


图1为本实用新型的整体结构剖视图；图2为图1所示B处L型保温隔热笼体底部的结构示意图； 图3为图1所示B处L型保温隔热底板的结构示意图； 图4为本实用新型的工作原理图。
具体实施方式
本实用新型主要由保温隔热笼体1，置于保温隔热笼体l内的加 热器6和热交换台5，置于保温隔热笼体1底部可上下垂直运动的带 支撑导杆4的保温隔热底板2，置于保温隔热笼体1的侧面与热交换 台5之间的保温隔热隔板7等构成；保温隔热笼体1和保温隔热底板 2形成一个腔室3，加热器6和保温隔热底板2分别由外设的控制器8 控制；保温隔热笼体1与保温隔热底板2的连接方式有保温隔热笼体1底部与保温隔热底板2的表面直接连接、保温隔热笼体1底部为L型结构并与保温隔热底板2两端错位连接、保温隔热底板2两端为L 型结构并与保温隔热笼体1底部错位连接等，如附图l、 2、 3所示。 以下结合多晶硅定向长晶的工艺流程对本实用新型作进一步描述1、 将多晶硅原料9装满坩埚10，搁放在热交换台5上；2、 操作控制器8，升起保温隔热底板2，封闭腔室3;3、 按现有多晶硅的常规生产工艺将腔室3抽真空；4、 当达到常规工艺设定的真空度时，通电启动加热器6，对多晶 硅原料进行加热。由于腔室3的保温隔热效果，按常规生产工艺约十 多小时，即可将数百公斤多晶硅原料完全熔化；5、 按常规工艺继续保温一段时间，让多晶硅原料中的杂质充分熔 化、挥发或气化；6、 改变控制模式，逐步、缓慢下降保温隔热底板2，此时，在腔 室3下半部的热交换台5暴露出来，大量的热经由热交换台5下部按 附图4所示空心箭头方向向外辐射散发，此时，坩埚10与热交换台5 必然也发生热交换，从而使坩埚10底部的硅液温度降低发生结晶现 象。同时，在保温隔热底板2打开后，腔室3中的保温隔热隔板7使 腔室3上部依然围成一个高温区，在加热器6的作用下，可维持工艺 需要的温度，下部由于散热作用，形成一个低温区，这样，在整个工 艺过程中，通过加热器6的加热作用以及保温隔热底板2位置的双重 调节作用，在硅的整个结晶面以下形成一个平坦的向下有一定温度梯 度温度曲线，使得硅的长晶凝固得到有效控制，从而生产出高品质的 多晶硅铸锭。本实用新型在实际应用中经测试，不仅能生产出高品质的多晶硅 铸锭，也縮短了整个工艺时间，降低了结晶过程中的能耗。
权利要求1、一种多晶硅定向长晶热场结构，包括保温隔热笼体(1)，置于保温隔热笼体(1)内的加热器(6)和热交换台(5)，其特征在于保温隔热笼体(1)的底部还设有可上下垂直运动的保温隔热底板(2)，保温隔热笼体(1)和保温隔热底板(2)形成一个腔室(3)。
2、 按权利要求1所述的一种多晶硅定向长晶热场结构，其特征在 于所述的保温隔热笼体(1)底部与保温隔热底板(2)的表面直接连接。
3、 按权利要求1所述的一种多晶硅定向长晶热场结构，其特征在 于所述的保温隔热笼体(1)底部为L型结构并与保温隔热底板(2)两 端错位连接。
4、 按权利要求1所述的一种多晶硅定向长晶热场结构，其特征在 于所述的保温隔热底板(2)两端为L型结构并与保温隔热笼体(1)底 部错位连接。
5、 按权利要求1或2或3所述的一种多晶硅定向长晶热场结构， 其特征在于所述的保温隔热底板(2)在支撑导杆(4)的作用下上下垂 直运动。
6、 按权利要求1所述的一种多晶硅定向长晶热场结构，其特征在 于所述保温隔热笼体(1)的侧面与热交换台(5)之间还设有保温隔热 隔板(7)。
7、 按权利要求1所述的一种多晶硅定向长晶热场结构，其特征在 于所述的加热器(6)和保温隔热底板(2)分别由外设的控制器(8) 控制。
专利摘要一种多晶硅定向长晶热场结构，属太阳能多晶硅晶体的定向生长热场结构技术领域，主要由保温隔热笼体(1)，置于保温隔热笼体(1)内的加热器(6)和热交换台(5)，置于保温隔热笼体(1)底部可上下垂直运动的带支撑导杆(4)的保温隔热底板(2)，置于保温隔热笼体(1)的侧面与热交换台(5)之间的保温隔热隔板(7)等构成；保温隔热笼体(1)和保温隔热底板(2)形成一个腔室(3)，加热器(6)和保温隔热底板(2)分别由外设的控制器(8)控制。通过保温隔热笼体底部保温隔热底板的升降式结构设置，来获得多晶硅定向长晶所需要的工艺手段，在控制上更容易实现动态调整，从而最大化实现长晶速度。
文档编号C30B28/06GK201217712SQ20082012110
公开日2009年4月8日 申请日期2008年7月4日 优先权日2008年7月4日
发明者孙海梁, 徐芳华, 波 赵 申请人:绍兴县精工机电研究所有限公司