[發明專利]一種單晶爐的停爐冷卻系統及工藝

無效

• 申請號: 201410230528.8
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104005081A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 施承啟;張永超;湯波
• 申請（專利權）人: 上海卡姆丹克太陽能科技有限公司;卡姆丹克太陽能(江蘇)有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

技術領域

本發明涉及太陽能單晶硅的制備工藝，尤其涉及單晶爐的停爐冷卻工藝，屬于單晶爐停爐冷卻技術領域。

背景技術

單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發展的前沿。其主要用途是用作半導體材料和利用太陽能光伏發電、供熱等。

單晶硅生長過程需要加熱將多晶硅料熔化，再通過溫度穩定及精確的溫度控制，將籽晶插入熔體，調節溫度、籽晶轉速、坩堝轉速、籽晶升速將熔體不斷定向在籽晶上結晶長大，單晶生長是在單晶爐中進行，其熱場結構如圖1所示。

單晶生長是高耗能產業，在單晶生產成本中占很大比重，所以大家都十分重視熱場的保溫，用各種高性能的保溫材料來阻斷熱傳導，單晶生長整個過程中是在一邊抽空，一邊通氬的狀態下進行，通常稱為減壓拉晶工藝，其特點是通過定向流動的保護氣體，能將系統揮發出來的SiO、CO等排除出爐體，爐內壓力一般控制在10-50托(torr)范圍內。整個熱場系統只有上部區域是為了晶體能快速冷卻而敞開的。當晶體生長結束后，整個熱場要冷卻下來才能打開爐筒，因為熱場的發熱材料石墨及保溫材料系碳纖維制成，在較高的溫度下容易與空氣中的氧起氧化反應而被侵蝕掉，特別是保溫材料通常是由密度小帶大量空隙的碳纖維制成，一般要求在400度以下，較佳在350度以下，接觸空氣才能比較安全。

現有的單晶爐的停爐冷卻工藝，當晶體生長結束后還需繼續抽空、通氬冷卻8-10小時，才能把保溫性能好的熱場冷卻到400度以下，該過程需消耗電能、停爐冷卻所需時間也比較長。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，現有的單晶爐的停爐冷卻工藝，由于在負壓狀態下，冷卻時間較長，而且由于真空泵一直開著，需要消耗大量電能。

本發明采取以下技術方案：

一種單晶爐的停爐冷卻系統，包括單晶爐、過濾器、真空泵，三者順序連接，其特征在于：單晶爐的排氣口設置排氣口閥門A，過濾器上設置放氣閥B，真空泵的入口設置電磁閥C。

進一步的，所述放氣閥B設置在過濾器的頂部。

進一步的，所述排氣口閥門A、放氣閥B均為電磁閥門，所述排氣口閥門A、放氣閥B、電磁閥C與統一的控制系統信號連接，由統一的控制系統自動控制開啟或關閉。

進一步的，所述真空泵為機械泵。

一種單晶爐停爐冷卻系統的停爐工藝，依次包括以下步驟：單晶爐拉晶結束后，關閉排氣口閥門A，氬氣或氮氣繼續沖入單晶爐；關閉真空泵，同時關閉電磁閥C；當單晶爐內壓力接近1個大氣壓時，自動開啟放氣閥B；當單晶爐內壓力略大于1個大氣壓時，自動開啟排氣口閥門A，單晶爐通過放氣閥B排(風)氣進行冷卻。

本發明的停爐工藝停爐時，真空泵首先被關閉，整個工藝過程不進行運作，利用單晶爐內部的正壓力，防止氣體回流，避免空氣進入單晶爐，不會對爐內的待冷卻的單晶硅產品的質量造成任何影響。

放氣閥B直到單晶爐內壓力接近1個大氣壓時，才進行開啟，是為了保持過濾器內部一定的正壓力，預防由于排氣口閥門A關閉不嚴密或發生故障時空氣倒吸回流進入單晶爐內，起到雙保險的作用。

排氣口閥門A、放氣閥B均采用電磁閥，并且與單晶爐內的壓力傳感器信號連接，從而通過傳感器的信號傳遞，自動實現電磁閥的開啟和關閉，同時，也可以設定延時程序，讓放氣閥B開啟后延時一段特定的時間后排氣口閥門A開啟，也能夠起到同樣的作用。

本發明的有益效果在于：

1)由于真空泵在冷卻過程中被關閉，避免了氣體處于真空狀態，氣體熱對流效果大大加強，熱量被帶走的速度更快，加速了爐子的冷卻速度，單晶爐的冷卻時間縮短20％。

2)關閉1個真空泵每10個小時能夠節省耗電110千瓦，以單爐年產500兆瓦單晶硅片計算，可以節電300萬度。大大降低了單晶硅生產的耗能程度，具有節能減排的技術效果。

附圖說明

圖1是單晶爐結構及熱場的示意圖。

圖2是單晶爐排氣系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進一步說明。

參見圖2，一種單晶爐的停爐冷卻系統，包括單晶爐、過濾器、真空泵，三者順序連接，單晶爐的排氣口設置排氣口閥門A，過濾器上設置放氣閥B，真空泵的入口設置電磁閥C。

所述放氣閥B設置在過濾器的頂部。

所述排氣口閥門A、放氣閥B均為電磁閥門，所述排氣口閥門A、放氣閥B、電磁閥C與統一的控制系統信號連接，由統一的控制系統自動控制開啟或關閉。

所述真空泵為機械泵。