CN101914807A - 一种单晶生长热系统的煅烧处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加工太阳能硅电池的单晶生长炉领域的技术。一种单晶炉热系统的煅烧处理方法，其特征在于：一种专用煅烧容器，具有可开启和密闭的容器门，煅烧容器内部空间尺寸大于包括石墨器件、保温层的单晶炉热系统外形尺寸；专用煅烧容器内部周壁为电加热方式加热，加热温度为1600-2000℃，容器内煅烧时为真空状态，冷态真空度小于等于达1Pa；单晶炉热系统以整套或拆散方式放置在专用煅烧容器内煅烧。本发明相应提供了一种单晶生长热系统的煅烧处理的装置。由此，本发明首创改变只能在单晶炉中加热煅烧单晶炉热系统的处理方法，另外专制供煅烧处理单晶炉热系统的装置；煅烧零部件更加灵活机动，提高煅烧处理效果和效率，节省能源。

Description

一种单晶生长热系统的煅烧处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及加工太阳能硅电池的单晶生长炉领域的技术，具体是涉及对单晶生长炉中热系统的煅烧处理方法及其煅烧处理装置。

背景技术

硅单晶生长需要在洁净的状况下进行，单晶炉热系统中有许多器件是用石墨加工而成，而石墨化炉是在石墨坯料上覆盖了大量的石墨焦炭来保护，进行高温处理，不通保护气体，是在常压下进行，所以用这种石墨加工出来的器件含有大量的灰份，另外石墨材料由于在加工及运输过程中的沾污及含有水份等，必须经高温彻底煅烧后才能适合晶体生长使用。

通常煅烧处理都在单晶炉中进行，但由于单晶炉热系统中的加热器置于热系统中间，加热器的形状是园桶形，一个22英寸加热器有效煅烧直径为600mm左右，有效热区的高度只有500mm左右，因此它主要能加热的方向和范围仅限于加热器内部有限区域及对应的外侧，而热系统的大部份区域不直接面对加热器难以直接加热，使得热系统的上、下部位及保温罩外层区域都无法得到高温的有效锻烧，其结果只能是大大延长锻烧时间，由加热器间接传递的热量缓慢进行加热，这样的方式不仅化费大量时间，还因为煅烧效果不佳使开始几炉拉晶不顺利。单晶炉是一个重要、耗能量大、造价昂贵的工作设备，化费很长时间对单晶炉热系统中新的石墨器件、保温材料用于煅烧加热处理是一种巨大的设备和能源的耗费，大大耽误单晶炉的正常工作时间和效率。

至今为止由单晶炉对单晶炉热系统进行加热煅烧处理，既是一种本领域习惯为常的思维方式、习惯的煅烧处理方法，也是一种无奈之举。

在日益追求高工作效率，降低能源消耗，尤其是世界范围的金融、经济危机加重的今天，迫切希望能有所改善的方法和举措。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术用现有供生产加工单晶硅的单晶炉来锻烧处理新的石墨器件及保温器件热系统的方法，加热煅烧效果差、效率低，成本高的缺点，提供一种煅烧效率高、效果好、时间短、能源省、成本低的单晶生长热系统的煅烧处理方法及其装置。

本发明的目的由以下技术方案予以实现。

一种单晶炉热系统的煅烧处理方法，其特征在于：

一种专用煅烧容器，具有可开启和密闭的容器门，煅烧容器内部空间尺寸大于包括一套或多套石墨器件、保温层的单晶炉热系统外形尺寸；专用煅烧容器内部周壁为电加热方式加热，加热温度为1600-2000℃，容器内煅烧时为真空状态，冷态真空度小于等于1Ｐa；单晶炉热系统以整套或拆散方式放置在专用煅烧容器内煅烧。

一种单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于：

在矩形框架的机架上方固定设置一个圆筒形或矩形，包括炉身、炉盖和炉底的炉体，炉体内的体积大于等于包括石墨器件、保温层的一套单晶炉热系统外形尺寸；炉底放置在垫板上，垫板的下部安装两排滚轮，并放置在托板上，托板由升降机构驱动可上下移动，向下可移动至机架的底部；与托板位于机架底部的位置相平齐，横向平行设置两根与两排滚轮相对应的导轨；托板上的滚轮由横向驱动机构驱动可在导轨上作水平移动；在炉体内炉身、炉盖和炉底上分别设置棒状电加热器；炉体的炉身、炉盖和炉底由金属外壳和保温层组成；炉盖上设有充气孔、测温孔及炉盖压紧锁口；所述装置采用真空泵及增压泵、减速电机、电加热器，由控制器经包括温度传感器、真空压力传感器、时间继电器、行程开关对装置运行进行控制。

进一步，所述炉体内为圆筒形，内径为1000—1200mm，高度为1000—1200mm。

进一步，所述升降机构为，托板的四角嵌入螺母，与由升降减速电机同步驱动的四根丝杆组成上下移动的移动装置。

进一步，所述横向驱动机构为，在垫板上固定横向减速电机，横向减速电机的输出轴经转向传递，与一组滚轮固定连接。

进一步，所述炉底下部经减震弹簧固定在垫板上。

进一步，所述炉体电加热器为石墨碳棒连接成三相发热体，电加热器的温度为1600－2000℃。

进一步，所述炉体由隔层内通冷却水的不锈钢双层金属外壳和石墨毡保温层组成。

进一步，在所述炉体内设置可移动的搁置支架。

本发明的有益效果：采用本发明的专用煅烧炉，由炉体、机架、真空系统，控制系统、加热系统及升降机械组成。可将最大24英寸整套热场全部置于高温区锻烧，缩短煅烧周期，节省能耗上取得了很好的效果。单晶炉煅烧整套热场需要120小时，期间还需清炉四次，耗电约5000度左右；而煅烧炉只需50小时一个周期(煅烧24小时，伫炉26小时)，只需清炉1次，节省劳动强度，且充分高温煅烧，耗电约3000度左右，节电达40%以上，而且煅烧效果更好，用这种方法煅烧的热系统第一炉拉晶就能使晶体无位错生长到底。单独石墨器件的煅烧效率和节能效果会更好，它弥补了当前都用单晶炉来锻烧新的石墨器件及保温器件组成的热系统效果差、效率低、成本高、劳动强度大的缺点。

经过测算和试验，采用本发明，在单晶炉煅烧基础上节电达40％以上，中国有几千台单晶炉，每台单晶炉每月开十几炉，一套热系统有二十几件石墨器件，每件石墨器件使用寿命在30—150炉之间，不包括现在每年超过新增上千台单晶炉外，每月更换使用寿命到期的石墨器件就是一个巨大数量，充分发挥专用煅烧炉的功能，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

总之，本发明：①首创改变和摆脱了以往必须，只能在单晶炉中加热煅烧单晶炉热系统的处理方法，提供了一种另外专门供煅烧处理单晶炉热系统装置的一种方法；②本装置煅烧既可煅烧整体，也可煅烧零部件，更加灵活机动，明显提高煅烧处理效果和效率；③充分利用煅烧炉内部空间，调剂控制煅烧时间，节省能源，提高原单晶炉的工作效率，不必为煅烧处理，尤其是个别零部件而占用整个单晶炉；④操作方便，在同样的时间中可以煅烧处理更多工件，降低了操作人员的操作时间和劳动强度，因为它有移出装置。

附图说明

图1为本发明单晶生长热系统的煅烧处理的装置的一种实施方式总体结构配置示意图，其中托板部件位于机架的上部，炉底与炉身呈关闭状态。

图2为图1中托板部件向下移动，炉底与炉身呈脱开状态，装置的结构配置示意图。

图3为图1中托板部件向下移动至机架的底部位置，装置的结构配置示意图。

图4为图1中，炉底放置在垫板上，垫板的下部安装两排滚轮，由减速电机的输出轴经转向传递，与一组滚轮固定连接，驱动滚轮，炉底部件移出机架，位于导轨状态的装置结构配置示意图。

图中，1是炉体、1a是炉盖、1b是炉身、1c是炉底、2是传动杆、3是机架、4是升降减速电机、5是丝杆、6是减震弹簧、7是垫板、8是滚轮、9是托板、10是真空泵、11是横向减速电机、12是导轨、13是控制器、14电加热器。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明的结构。

一种单晶生长热系统的煅烧处理的专用煅烧炉，由炉体、机架3、真空泵10，控制器13、电加热器14及升降机械组成。

煅烧容器内部空间尺寸大于包括石墨器件、保温层的单晶炉热系统；

专用煅烧容器为电加热方式，通过下炉盖1a的下降和移出，可以非常方便的将锻烧石墨器件装进和取出，加热时温度可达到2000℃，且为真空状态，冷态真空度小于等于达1Ｐa；

采用技术方案，先将炉底1c由升降机构向下移动至机架3的底部至图3所示，炉底1c下部通过减震弹簧6固定在垫板7上进行减震，防止操作时热系统损坏，然后炉底1c由横向驱动机构，在导轨12向外移动至图4所示。

在炉体1内炉身1b、炉盖1a和炉底1c上分别设置板状电加热器14；炉体1的炉身1b、炉盖1a和炉底1c由由隔层内通冷却水的不锈钢双层金属外壳和保温层组成；炉盖1a上设有充气孔、测温孔及炉盖压紧锁口；将最大24英寸整套热场放置于专用煅烧容器内或在装置内设置可变动距离的支架，实行多层放置煅烧物，然后炉底1c由横向驱动机构移动至图3所示，炉底1c由升降机构向上移动至炉身1b的底部至图1所示，打开真空系统10，分别打开手动截止阀、真空角阀抽空至冷态真空度小于等于1Ｐa，关闭手动截止阀、真空角阀检漏，小于0.1Pa/min，打开手动截止阀、真空角阀抽空，进行升温煅烧。

通过控制器13设定电加热器14进行加热，加热温度为1600-2000℃，加热24小时后，停炉通过充气进行冷却26小时。冷却结束后，如上操作取出热系统，冷却后进行清理。所述炉盖1a上设有充气孔、测温孔及炉盖压紧锁扣。

以下对两技术方案作概述：

一种单晶炉热系统的煅烧处理方法：一种专用煅烧容器，具有可开启和密闭的容器门，煅烧容器内部空间尺寸大于包括石墨器件、保温层的单晶炉热系统外形尺寸；专用煅烧容器内部周壁为电加热方式加热，加热温度可达2000℃，容器内煅烧时为真空状态，冷态真空度小于等于达1Ｐa；单晶炉热系统以整套或拆散方式放置在专用煅烧容器内煅烧。

一种单晶生长热系统的煅烧处理的装置，在矩形框架的机架3上方固定设置一个圆筒形或矩形，包括炉身1b、炉盖1a和炉底1c的炉体1，炉体1内的体积大于等于包括石墨器件、保温层的一套单晶炉热系统外形尺寸；根据加工和使用条件、要求，选择圆筒形或矩形体，其内部的尺寸大小可按照使用要求，比如是煅烧整体单晶炉热系统，则必须大于该单晶炉热系统的外部体积，如果是煅烧单晶炉热系统的零部件的，而且经常需要的是对零部件的煅烧加工，因此，则须大于拆开后零部件放置的空间大小即可，在炉体中可以放置更多的待煅烧件。

炉底1c放置在垫板7上，垫板7的下部安装两排滚轮8，两排滚轮8一般可由轴连接，比如两排六个滚轮8由三根轴对穿连接，既可可靠承载上方的炉底及放置的待煅烧工件，又能平稳地向外滚动移位，并且放置在托板9上，托板9由升降机构驱动可上下移动，向下可移动至机架3的底部；与托板9位于机架3底部的位置相平齐，横向平行设置两根与两排滚轮8相对应的导轨12；托板9上的滚轮8由横向驱动机构驱动可在导轨12上作水平移动；在炉体1内炉身1b、炉盖1a和炉底1c上分别设置棒状电加热器14；炉体1的炉身1b、炉盖1a和炉底1c由金属外壳和保温层组成；炉盖1a上设有充气孔、测温孔及炉盖压紧锁口。

所述装置采用真空泵及增压泵10、减速电机、电加热器14，由控制器13经包括温度传感器、真空压力传感器、时间继电器、行程开关对装置运行进行控制。

所述炉体1为圆筒形，内径为1000—1200mm，高度为1000—1200mm。此处的尺寸为有效区域，即可供放置煅烧工件的空间尺寸，所述范围为一般常用尺寸，既便于使用，又适宜制作，也可根据实际需要增大和增高容积。

所述升降机构为，托板9的四角嵌入螺母，与由升降减速电机4同步驱动的四根丝杆5组成上下移动的移动装置。螺母、丝杆可以构成简单、可靠、准确定位的上下移动升降机构。

所述横向驱动机构为，在垫板7上固定横向减速电机11，横向减速电机11的输出轴经转向传递，与一组滚轮8固定连接。由横向减速电机11的转动，传递给一组穿在一根轴上的滚轮8转动，尤如一台小车在导轨12来回移动。

所述炉底1c下部经减震弹簧6固定在垫板7上。 起减震作用，提高运行的可靠性、安全性，也有利设备的保护保养。

所述炉体1电加热器14为石墨碳棒连接成三相发热体，电加热器14的温度可达2000℃；借鉴成熟的单晶炉加热方式，便捷地实现和达到煅烧效果。

所述炉体1由隔层内通冷却水的不锈钢双层金属外壳和石墨毡保温层组成。冷却水是供煅烧后工件出炉时冷却炉体温度用，也可借鉴运用单晶炉装置的成熟经验。

在所述炉体1内设置可移动的搁置支架。本发明的独到之处，可以灵活、机动地放置需煅烧处理的工件，可以堆放更加多，充分利用炉体1内的空间，提高煅烧处理效率，如前所述，在实际生产中经常需要的是对一些更换的新石墨器件进行煅烧处理，只有本发明实现了此目的，因此，配置搁置支架的优点是很明显的。

Claims (9)

1.一种单晶炉热系统的煅烧处理方法，其特征在于：

一种专用煅烧容器，具有可开启和密闭的容器门，煅烧容器内部空间尺寸大于包括一套或多套石墨器件、保温层的单晶炉热系统外形尺寸；专用煅烧容器内部周壁为电加热方式加热，加热温度为1600—2000℃，容器内煅烧时为真空状态，冷态真空度小于等于1Ｐa；单晶炉热系统以整套或拆散方式放置在专用煅烧容器内煅烧。

2.一种单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于：

在矩形框架的机架(3)上方固定设置一个圆筒形或矩形，包括炉身(1b)、炉盖(1a)和炉底(1c)的炉体(1)，炉体(1)内的体积大于等于包括石墨器件、保温层的一套单晶炉热系统外形尺寸；炉底(1c)放置在垫板(7)上，垫板(7)的下部安装两排滚轮(8)，并放置在托板(9)上，托板(9)由升降机构驱动可上下移动，向下可移动至机架(3)的底部；与托板(9)位于机架(3)底部的位置相平齐，横向平行设置两根与两排滚轮(8)相对应的导轨(12)；托板(9)上的滚轮(8)由横向驱动机构驱动可在导轨(12)上作水平移动；在炉体(1)内炉身(1b)、炉盖(1a)和炉底(1c)上分别设置棒状电加热器(14)；炉体(1)的炉身(1b)、炉盖(1a)和炉底(1c)由金属外壳和保温层组成；炉盖(1a)上设有充气孔、测温孔及炉盖压紧锁口；所述装置采用真空泵及增压泵(10)、减速电机、电加热器(14)，由控制器(13)经包括温度传感器、真空压力传感器、时间继电器、行程开关对装置运行进行控制。

3.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述炉体(1)内为圆筒形，内径为1000—1200mm，高度为1000—1200mm。

4.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述升降机构为，托板(9)的四角嵌入螺母，与由升降减速电机(4)同步驱动的四根丝杆(5)组成上下移动的移动装置。

5.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述横向驱动机构为，在垫板(7)上固定横向减速电机(11)，横向减速电机(11)的输出轴经转向传递，与一组滚轮(8)固定连接。

6.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述炉底(1c)下部经减震弹簧(6)固定在垫板(7)上。

7.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述炉体(1)电加热器(14)为石墨碳棒连接成三相发热体，电加热器(14)的温度为1600－2000℃。

8.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于所述炉体(1)由隔层内通冷却水的不锈钢双层金属外壳和石墨毡保温层组成。

9.根据权利要求2所述单晶生长热系统的煅烧处理的装置，其特征在于在所述炉体(1)内设置可移动的搁置支架。

Images