[發明專利]一種用于硅鑄錠爐的固液界面測定裝置

有效

• 申請號: 201210328383.6
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN103668449A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 路景剛;戴雪松
• 申請（專利權）人: 鎮江榮德新能源科技有限公司
• 主分類號: C30B28/06
• 分類號: C30B28/06;C30B29/06;C30B11/00;G01B21/18
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;郭迎俠

技術領域

本發明涉及一種用于硅鑄錠爐的固液界面測定裝置，特別涉及一種用于硅鑄錠爐的用以測定熔融硅深度的裝置，屬于硅鑄錠技術領域。

背景技術

太陽能電池用于將光能轉換為電能（光伏發電）。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、以非晶硅、多晶硅和單晶硅為材料的太陽能電池；2、以Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體如GaAs、Inp等多元化合物為材料的太陽能電池；3、以銅銦硒（CuInSe₂）為材料生產的太陽能電池；4、以其他材料生產的太陽能電池。太陽能電池對材料的一般要求是：1、半導體的晶帶不能太寬；2、要有較高的光電轉換效率；3、材料本身對環境不造成污染；4、材料來源廣泛，并且材料的性能穩定。綜合以上幾方面因素考慮，硅材料是最理想的太陽能電池材料。雖然制作太陽電池的材料很多，硅材料因具有易于獲得、成本合理，以及它在制作太陽電池時，電學、物理及化學性質方面具有適當的平衡，而被普遍應用于太陽能電池的制備。

目前硅材料中應用最普遍的是晶體硅材料，包括單晶硅和多晶硅，晶體硅太陽能電池最突出的特點是它的穩定高效性。晶體硅材料的制備方法包括：單晶硅的直拉（Czochralski）法和區熔（Floating?Zone）法以及多晶硅的定向凝固法（Directional?Solidification）。定向凝固法鑄造晶體硅可以生產大的晶體硅錠，相對于目前的CZ法和FZ法，其生長工藝過程簡單，生產成本低，并且在硅錠開方時可以獲得大的方形多晶硅片，降低了下游電池加工過程中的成本。

定向凝固法鑄造晶體硅鑄造過程中，坩堝中的硅材料可能的存在形式為全部熔融狀態、部分熔融部分固態、全部為固態。當硅材料的存在狀態是部分熔融部分固態時、在熔融部分和固態部分之間存在固-液界面。在定向凝固法鑄造晶體硅工藝中，對于硅材料由固態加熱至熔融狀態以及由熔融狀態冷凝為固態的過程來說，是決定晶體均勻程度的重要因素之一，因此固液界面的監測非常重要。通常對多晶爐內的固態多晶硅高度進行測量，以便計算出長晶速度。

目前，測量固-液界面普遍是采用測量人員插拔石英棒，通過石英棒與固態多晶硅的碰撞來判斷熔融狀態的硅溶液的深度。即在石英棒旁邊豎立一個刻度尺，由測量人員對石英棒的位置在刻度尺上進行讀數，通過對所讀數值進行分析、計算，從而得出單位時間內石英棒與鑄錠爐內的固態多晶硅接觸的位置的變化值。采用這種方法，需要測量人員頻繁地到鑄錠爐的頂上對石英棒的位置在刻度尺上進行讀數，并時刻關注石英棒的動向從而及時讀取刻度尺上的數值，不僅測量人員的勞動強度大，而且測量準確度難以得到保證。

發明內容

鑒于現有技術中存在的上述問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、測量準確、能降低工作人員勞動強度的用于硅鑄錠爐的固液界面測定裝置。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：一種用于硅鑄錠爐的固液界面測定裝置，包括：

用于與硅鑄錠爐中的固態多晶硅接觸的石英棒；

第一活塞桿處于伸出狀態的氣缸，所述第一活塞桿與所述石英棒連接；

用于驅動所述氣缸從而帶動所述石英棒上下直線運動的驅動裝置；安裝于所述氣缸的第一活塞桿與所述石英棒之間，用于感應所述石英棒與所述固態多晶硅接觸所產生的作用力的壓力傳感器；

分別與所述驅動裝置和所述壓力傳感器電連接，用于接收所述壓力傳感器所采集的信號，并根據接收到的所述壓力傳感器的信號控制所述驅動裝置驅動所述石英棒上升或下降的PLC。

作為優選，所述驅動裝置為絲杠螺母機構，所述絲杠螺母機構包括步進電機、絲杠和螺母，所述步進電機與所述絲杠連接用于帶動所述絲杠轉動，所述螺母套設在絲杠上并在所述步進電機驅動所述絲杠轉動的同時沿所述絲杠上下移動。

作為優選，所述螺母上固定連接有運動底板，所述氣缸的缸體固定在所述運動底板上，并隨所述運動底板上下直線運動，所述第一活塞桿的一端連接有連接臂，所述石英棒的上端安裝在所述連接臂上。

作為優選，所述運動底板的上端向遠離所述驅動裝置的一側延伸出水平的安裝板，所述氣缸的缸體固定在所述安裝板上，所述氣缸的第一活塞桿穿過所述安裝板；

所述運動底板遠離所述驅動裝置的一側設置有導向板，所述導向板上開設有垂直的導向槽，所述氣缸的第一活塞桿上設置有與所述導向槽相適配的導向塊，所述導向塊嵌在所述導向槽內并沿所述導向槽上下直線運動。