[實用新型]一種提高單晶硅拉速的冷卻裝置

有效

• 申請號: 202020262421.2
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN211921735U
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 高潤飛;勒立輝;張文霞;姚長娟;武志軍
• 申請（專利權）人: 內蒙古中環光伏材料有限公司;天津環博科技有限責任公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 樊曉敏

本實用新型提供一種提高單晶硅拉速的冷卻裝置，包括水冷內導、進水管道、出水管道，水冷內導內表面均勻設置有格柵；進水管道與出水管道相對固定設于水冷內導的上部兩側。采用本實用新型的技術方案，可以充分利用格柵增大散熱面積，提高散熱速率；同時格柵的設置相當于擾流柱，格柵之間形成的窄縫通道可以提高換熱系數，提高冷卻效果。

技術領域

本實用新型屬于單晶硅生產技術領域，尤其是涉及一種提高單晶硅拉速的冷卻裝置。

背景技術

全球所生產的太陽能電池有80％以上是使用晶體硅，其中單晶硅約占40％，單晶硅最大的優勢就是其轉換效率高，但是生產成本較高，由于傳統的單晶硅生成加工企業生產水平較低，生成技術水平不高，最終造成單晶硅生產效率低、成本高，這極不利于單晶硅生成加工企業的發展，因此單晶硅生成加工企業也在探索提高生成效率、降低成本的單晶硅生產方法。

單晶硅的生產工藝包括：加料熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→尾部生長，具體而言：

(1)加料：將多晶硅原料及雜質放入石英坩堝內，雜質的種類依電阻的N或P型而定，雜質種類包括硼，磷，銻，砷。

(2)熔化：加完多晶硅原料于石英堝內后，長晶爐必須關閉并抽成真空后充入高純氬氣使之維持一定壓力范圍內，然后打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度(1420℃)以上，將多晶硅原料熔化。

(3)縮頸生長：當硅熔體的溫度穩定之后，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。由于籽晶與硅熔體場接觸時的熱應力，會使籽晶產生位錯，這些位錯必須利用縮頸生長使之消失掉。縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小(4－6mm)由于位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出晶體表面，產生零位錯的晶體。

(4)放肩生長：長完細頸之后，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。

(5)等徑生長：長完細頸和肩部之后，借著拉速與溫度的不斷調整，可使晶棒直徑維持在正負2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶硅片取自于等徑部分。

(6)尾部生長：在長完等徑部分之后，如果立刻將晶棒與液面分開，那么熱應力將使得晶棒出現位錯與滑移線。于是為了避免此問題的發生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與液面分開。這一過程稱之為尾部生長。長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間后取出，即完成一次生長周期。

由此可見，單晶硅棒形成的原理是：在進行拉晶時，將所需的原材料放入坩堝中進行加熱，使得原材料由于高溫的作用產生熔融的現象，然后應用拉單晶裝置進行單晶硅棒的制作，利用熔融的單晶硅原材料由于在拉晶時溫度降低，產生凝固的現象，形成單晶硅棒。在拉晶時，在坩堝的上部需要蓋著爐蓋，且爐蓋與坩堝之間密封良好，防止外部雜質進入坩堝內，使得單晶硅棒的純度受到影響，在這種情況下，使得單晶硅棒在拉單晶時的速度不會過快，否則會影響單晶硅棒的品質。

因此，溫度控制對于單晶硅生長的質量和速度起到了至關重要的作用。直拉單晶(CZ)法的熱場是由石墨件系統、單晶爐冷卻系統、氬氣系統組成的一套復雜的單晶生長系統。正常情況下直拉單晶法的冷卻工藝是在通入冷卻氣體(一般為氬氣)的環境下進行的，由于整個系統處于開啟狀態，通入的氬氣在爐體內停留時間較短，最終帶走的熱量為全部熱量的80％--85％，冷卻效果一般且冷卻氣體成本大。單晶的生長速度取決于固液界面溫度梯度，溫度梯度越大，生長速度越快，但溫度梯度過大，也會導致晶體生長過程出現位錯等問題。

中國專利CN207452295U公開了一種提高單晶硅拉速的冷卻裝置，包括導流筒和鉬內襯，鉬內襯固定設于導流筒的內部，還包括水冷內導、進水管道和出水管道，水冷內導固定于導流筒與鉬內襯之間，進水管道與出水管道相對固定設于水冷內導的上部兩側。該實用新型存在的技術問題是：水冷內導表面散熱空間過小，不利于冷熱空氣交互，不利于散熱，冷卻效果一般。