[實用新型]一種整體十字型硅芯組件

有效

• 申請號: 201821020699.8
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN208485605U
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 薛建云
• 申請（專利權）人: 江陰蘭雷新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B33/035
• 分類號: C01B33/035;C30B29/06
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

本實用新型公開了一種整體十字型硅芯組件，該硅芯組件包括豎直方向平行間隔設置的兩根豎直硅芯和一根水平方向設置的硅芯橫梁，所述硅芯橫梁搭接于所述兩根豎直硅芯的頂端之間，整體形成倒“U”型結構，其中，所述豎直硅芯和硅芯橫梁均采用整體的硅材料切割而成，且橫截面為“十”字型結構，所述硅芯橫梁的兩端通過卡接結構與所述豎直硅芯進行搭接。上述整體十字型硅芯組件采用的是整體切割而成的十字硅芯，其強度高，裝爐方便，不易折斷，倒爐幾率小。拼接而成的整體的硅芯組件重量輕，表面積大，可顯著縮短還原爐的反應時間，降低多晶硅的生產成本，提高多晶硅的純度。

技術領域

本實用新型屬于多晶硅原料加工技術，尤其是涉及一種多晶硅原料生產過程中的CVD還原爐使用的整體十字型硅芯組件。

背景技術

由于光伏行業的快速發展，高純多晶硅原料的需求增長迅猛，目前國內外生產多晶硅原料的工藝大部分都是三氯氫硅氫還原法,即改良西門子法,改良西門子法或其他類似方法生產大直徑多晶硅的主要設備是多晶硅還原爐，首先在多晶硅還原爐內將三根圓形或方形的硅芯搭接成倒U型，在細長的硅芯上通上電源，使硅芯加熱發紅，直至表面溫度達到1050-1100攝氏度，通入高純的三氯氫硅和氫氣，使其在高溫下發生氫還原反應，使三氯氫硅中的硅分子堆積在硅芯上，使其的直徑不斷地增大，通常，硅芯的直徑在7-15毫米，可以是圓形也可以是方型，或是其他形狀，最終通過氫還原反應使直徑不斷地增大到120-200毫米，生產出高純太陽能級6N或電子級11N的多晶硅原料棒，破碎后再利用CZ直拉單晶爐拉制成單晶棒，或使用多晶硅鑄錠爐鑄成多晶硅硅錠。

現硅芯的制備方法有二種，傳統的方法是用CZ法(區熔提拉法)，生產效率低，電力消耗大，設備投資大。另一種是用金剛石工具切割法，采用使用金剛石線鋸的數控多晶硅硅芯多線切割機床或類似設備，用于硅芯的制備。通過利用電鍍上金剛石微粒的細鋼絲線在被加工工件上高速地往復運動或單向移動，將直徑100-300mm硅棒壓在該機床用金剛石線交叉組成的方形線網上，從而將該硅棒切割成細長的方形硅芯，電力消耗小，加工效率高。

通常將這種用于多晶硅CVD多晶硅還原爐的倒U型搭接的硅芯組合體稱作為“硅芯組件”。現有技術在搭接硅芯組件時，通常使用直徑為8-10mm的圓形硅芯，或者使用7*7～15*15mm的方形硅芯。在CVD還原反應過程中，反應生成的硅材料不斷沉積在硅芯表面，硅芯的表面積會越來越大，反應氣體對硅芯表面的碰撞機會和數量也會隨之增大。當單位面積的沉積速率不變時，硅芯表面積越大，單位時間生產的多晶硅重量也越多。所以，為提高多晶硅單位時間的產量，提高初始硅芯組件的表面積，不但可以提高多晶硅的產量，同時，由于反應時間的縮短，其生產成本也可以大幅降低。但采用通常使用的實心圓形硅芯或者方形硅芯，大直徑圓形或者方形硅芯的應用，雖然可以顯著降低多晶硅的生產成本，但硅芯的生產成本很高，而且由于硅芯的重量加大，硅芯的重量的加大，造成硅芯重量在多晶硅產品中的重量占比越來越大，嚴重影響硅材料的純度。

所以，各個國家的技術人員多在致力于研發表面積大，而且重量輕的多晶硅硅芯，美國GTAT公司在其專利號為200780015406.5，名稱為《在化學氣相沉積反應器中提高的多晶硅沉積》的專利文獻中公開了用一種橫截面為圓形的空心硅管來代替傳統硅芯，從而來提高產量，縮短反應時間。但由于該空心硅管拉制十分困難，成本也很高，也未得到大規模實施。

中國洛陽金諾機械工程有限公司在其專利號為201610002833.0，名稱為《一種空心組件及其硅芯組件》的專利文獻中采用多根的片狀硅板或硅棒首尾相連，來達成空心硅芯，雖然單根的硅板或硅棒拉制或切割難度低于美國GTAT公司的空心硅管，但其搭接成空心的硅芯組件難度較大，同樣也未得到大規模實施。

中國亞洲硅業(青海)有限公司在其專利號為201710977922.1，名稱為《一種還原爐用硅芯及還原爐》的專利文獻中公開的采用4片片狀硅板和中心1根開有三四個有突起或凹槽的圓硅棒相連，來達成組合的十字硅芯，但其搭接的每個硅芯均需要在長達1500-4000mm硅芯從頭到尾進行開槽加工，形成組件的難度較大，目前未得到大規模實施。