CN103334153A - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶炉，包括炉体；加热器，设于所述炉体内的下周壁；坩埚托杆，通过设置在所述炉体底部中央的开口贯穿所述炉体的底部，其上端固定有支撑坩埚的坩埚托盘，且能够带动所述坩埚托盘在竖直方向上移动；还包括隔热部件，套设于所述坩埚托杆；单晶炉处于加热工艺段时，所述隔热部件与所述炉体底部的压片抵接；单晶炉处于等径工艺段时，所述隔热部件位于所述坩埚托杆和所述加热器的下部之间。当单晶炉处于等径工艺段时，由于隔热部件的设置，有效地防止了加热器下部产生的热量被坩埚托杆吸收，减缓了热场下部温度的下降，从而减少了热量的损失，降低了单晶炉运行的加热器功率，节约了电能。

Description

一种单晶炉

技术领域

本发明涉及单晶硅生产设备技术领域，特别是涉及一种单晶炉。

背景技术

太阳能由于其无污染、取之不竭、无地域性限制等优点，成为新能源开发利用的主要研究方向。太阳能电池的应用也越来越普及，其中，单晶硅太阳能电池以其较高的光电转换效率受到广泛关注。单晶硅是生产单晶硅太阳能电池的基础原料，而单晶硅必须利用硅原料经过一系列的工艺方法生产得到。

单晶炉是在惰性气体环境中，采用石墨电阻加热器，将硅材料熔化，并采用直拉法生长无位错单晶的设备。单晶炉包括炉体和坩埚托杆，所述坩埚托杆通过设置在炉体底部中央的开口贯穿炉体的底部，坩埚托杆的上端固定有坩埚托盘，用于支撑坩埚；炉体内的下周壁设有加热器，用于加热坩埚内的硅材料。

单晶炉在运行时热场内为高温环境，当处于加热工艺段时，坩埚内的硅材料熔化，坩埚位于炉体的下方，被加热器环绕，处于热场的中部位置，如此，加热器可以为坩埚内的硅材料提供热量；当运行至等径工艺段时，坩埚内的液面下降，由于坩埚内的液面与炉体内上部设置的导流筒之间要保持适当的距离，所以此时需要将坩埚上移，坩埚的上移通过坩埚托杆带动，如此，坩埚处于热场的上部位置，热场下部位置的热量被坩埚托杆吸收，由于坩埚托杆的下方设有水冷结构，所以坩埚托杆的温度下降较快，从而降低热场下部位置的温度，使得热场下部位置的热量不能更好地用于坩埚内硅材料的加热，造成了热量的损失，消耗了加热器消耗的电能。

有鉴于此，如何改进单晶炉的结构，使得在单晶硅加工的过程中，能够减少热量的损失，节约电能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单晶炉，该单晶炉在单晶硅加工过程中，提高了加热器产生的热量的利用率，降低了热量的损失，节约了电能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单晶炉，包括：

炉体；

加热器，设于所述炉体内的下周壁；

坩埚托杆，贯穿所述炉体的底部，其上端固定有支撑坩埚的坩埚托盘，且能够带动所述坩埚托盘在竖直方向上移动；还包括：

隔热部件，套设于所述坩埚托杆；单晶炉处于加热工艺段时，所述隔热部件与所述炉体底部的压片抵接；单晶炉处于等径工艺段时，所述隔热部件位于所述坩埚托杆和所述加热器的下部之间。

优选地，所述隔热部件为套筒，所述套筒通过提升杆与所述坩埚托杆连接；所述提升杆的一端与所述套筒滑动连接，另一端与所述坩埚托杆固定连接；还包括限位部，所述坩埚托杆向上移动时用于限定所述提升杆与所述套筒的相对位置。

优选地，所述套筒的周壁设有至少两个滑道，所述提升杆的一端位于所述滑道内，另一端与所述坩埚托杆通过螺纹连接；所述限位部为所述滑道的顶端内壁。

优选地，所述滑道沿所述套筒的周壁均匀分布。

优选地，所述提升杆位于所述滑道内的一端设有凸块，所述滑道的顶端内壁具有与所述凸块相配的凹槽。

优选地，所述隔热部件为套筒，所述套筒通过提升杆与所述坩埚托杆固接。

优选地，所述套筒的周壁设有至少两个限位槽，所述提升杆的一端插装于所述限位槽，另一端与所述坩埚托杆通过螺纹连接。

优选地，所述限位槽沿所述套筒的周壁均匀分布。

优选地，所述限位槽的内周壁设置有突起部。

优选地，所述套筒为石墨套筒。

本发明提供的单晶炉通过结构改进提高了加热器产生的热量的利用率，降低了热量的损失，节约了电能。具体地，本方案中坩埚托杆的外周套设有隔热部件，单晶炉处于加热工艺段时，隔热部件与炉体底部的压片抵接，此时，坩埚处于热场的中部位置，加热器产生的热量能够最大程度地被坩埚内的硅材料吸收；单晶炉处于等径工艺段时，隔热部件位于坩埚托杆和加热器的下部之间，此时，坩埚处于热场的上部位置，由于隔热部件的阻挡作用，有效地防止了加热器下部产生的热量被坩埚托杆吸收，减缓了热场下部温度的下降，从而减少了热量的损失，降低了单晶炉运行的加热器功率，节约了电能。

附图说明

图1为本发明所提供的单晶炉在加热工艺段的剖面示意图；

图2为本发明所提供的单晶炉在等径工艺段的剖面示意图；

图3为本发明所提供的单晶炉的套筒的正视剖面图；

图4为本发明所提供的单晶炉的套筒的侧视剖面图；

图5为本发明所提供的单晶炉的提升杆的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种单晶炉，该单晶炉在单晶硅加工过程中，提高了加热器产生的热量的利用率，降低了热量的损失，节约了电能。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

这里需要说明的是，下文所涉及的上和下等方位词是以图1至图4中零部件位于图中以及零部件之间的相互位置关系为基准定义的，只是为了表述技术方案的清楚及方便；应当理解，所述方位词的使用不应限定本申请请求的保护范围。

请参考图1和图2；图1为本发明所提供的单晶炉在加热工艺段的剖面示意图；图2为本发明所提供的单晶炉在等径工艺段的剖面示意图。

如图1所示，该单晶炉包括炉体11，炉体11内部的下周壁设有加热器12。

该单晶炉还包括坩埚托杆13；坩埚托杆13通过设置在炉体11底部中央的开口贯穿炉体11，其上端固定有坩埚托盘14，用于支撑坩埚15，其下端与炉体11底部下方的基座固连。其中，基座能够在竖直方向上移动，从而带动坩埚托杆13在竖直方向上移动，进而控制坩埚15在炉体11内的高度。

具体地，基座通过设置在埚升丝杠上的涡轮与埚升电机连接；所述埚升电机壳控制涡轮，使其沿着所述埚升丝杠上下运动，进而控制所述基座在竖直方向上的位置，从而控制坩埚托杆13的升降，实现坩埚15在炉体11内高度的调节。

该单晶炉进一步包括隔热部件，所述隔热部件套设于坩埚托杆13；单晶炉处于加热工艺段时，所述隔热部件与炉体11底部的压片17抵接；单晶炉处于等径工艺段时，所述隔热部件位于坩埚托杆13和加热器12的下部之间。

显然，所述隔热部件可随坩埚托杆13在竖直方向上移动，当单晶炉处于等径工艺段，坩埚15内液面下降，为了保证坩埚15内液面与导流筒16之间的距离，需要将坩埚15提升时，坩埚托杆13在所述埚升电机的控制下向上移动，此时所述隔热部件也随坩埚托杆13向上移动，当坩埚15位于热场上部时，所述隔热部件即处于坩埚托杆13和加热器12的下部之间。

单晶炉处于等径工艺段，坩埚15位于热场的上部，由于隔热部件的设置，可以防止热场下部的热量被坩埚托杆13吸收，减缓了热场下部温度的下降，从而减少了热量的损失，降低了单晶炉运行的加热器功率，节约了电能。

在该实施例中，所述隔热部件为套筒21，该套筒21套设于坩埚托杆13，通过提升杆22与坩埚托杆13连接；其中，提升杆22的第一端与套筒21滑动连接，第二端与坩埚托杆13固定连接，还包括限位部，当坩埚托杆13向上移动时，该限位部用于限定提升杆22与套筒21的相对位置。

工作时，当坩埚托杆13向上移动时，由于提升杆22的第二端与坩埚托杆13固接，所以提升杆22也随坩埚托杆13向上移动，同时提升杆22的第一端相对套筒21滑动，当提升杆22的第一端滑动至所述限位部时，由于所述限位部的限定，提升杆22不再滑动，而是通过限位部支撑套筒21，带动套筒21一起随坩埚托杆13向上移动，从而使套筒21位于坩埚托杆13和加热器12的下部之间。

请一并参考图3、图4和图5；图3为本发明所提供的单晶炉的套筒的正视剖面图；图4为本发明所提供的单晶炉的套筒的侧视剖面图；图5为本发明所提供的单晶炉的提升杆的结构示意图。

具体地，套筒21的周壁设有至少两个滑道211，提升杆22的第一端位于滑道211内，第二端设有螺纹部212，坩埚托杆13设有与螺纹部212配合的螺纹孔，提升杆22的第二端与坩埚托杆13通过螺纹连接。

在该方案中，所述限位部即为滑道211的顶端内壁，也就是说，坩埚托杆13向上移动时，提升杆22的第一端在滑道211内向上滑动直至与滑道211的顶端内壁贴合，此时提升杆22接触并支撑套筒21，带动套筒21随坩埚托杆13向上移动。当然，所述限位部也可以为设置在滑道211侧壁的突出部，当提升杆22向上移动时，其第一端在滑道211内向上滑动至该突出部时，由于该突出部的阻挡，限定了提升杆22与套筒21的相对位置，提升杆22在坩埚托杆13的带动下继续向上移动，此时套筒21在提升杆22的带动下也向上移动。

优选地，所述滑道211沿套筒21的周壁均匀分布；如此设置，套筒21在被提升杆22带动向上移动时，受力均匀，不会出现歪斜等现象。

单晶硅的生产过程中，当单晶炉处于加热工艺段时，如图1所示，坩埚15位于热场的中部位置，加热器12产生的热量能够很好地被坩埚15内的硅材料吸收，有利于硅材料的熔化。此时，套筒21与炉体11底部的压片17抵接，提升杆22的第一端位于滑道211的下部。

当单晶炉由加热工艺段运行至等径工艺段时，由于坩埚15内的液面下降，为了保证坩埚15内液面与导流筒16之间的距离，需要将坩埚15提升，坩埚托杆13在上移时带动与其螺接的提升杆22上移，提升杆22的第一端在套筒21的滑道211内滑动，当滑动至滑道211的顶端内壁时，受其阻挡提升杆22与套筒21之间的相对位置确定，提升杆22支撑套筒21，此时，提升杆22在坩埚托杆13的带动下继续上移，于是套筒21在提升杆22的带动下也随之上移，当坩埚15在坩埚托杆13的带动下提升至适当高度时，坩埚托杆13停止上移。此时，坩埚15位于热场的上部，套筒21位于坩埚托杆13和加热器12的下部之间，如图2所示；热场上部加热器12产生的热量能够很好地被坩埚15吸收，热场下部由于套筒21的阻隔作用，可以防止热量被坩埚托杆13吸收，避免因下方水冷结构带走热量而降低热场下部的温度，有效地减少了热量的损失，降低了单晶炉运行的加热器功率，节约了电能。

进一步地，提升杆22的第一端设有凸块222，滑道211的顶端内壁具有与凸块222相配的凹槽212；如此设置，坩埚托杆13上移过程中，当提升杆22提升至滑道211顶端时，凸块222与凹槽212卡合，可以防止提升杆22和套筒21在水平方向上发生相对移动，确保套筒21不会滑落。

在第二种实施例中，提升杆的第一端与套筒也可固接，固接的方式有多种，一种较为简便的方式为在套筒的周壁设置至少两个限位槽，优选地，限位槽沿套筒的周壁均匀分布，保证套筒在提升过程中的稳定性；优选地，限位槽的内周壁设置有突起部，如此可以使提升杆与套筒之间的连接更可靠。同上述实施例中一样，提升杆的第二端与坩埚托杆通过螺纹连接。由于套筒通过提升杆与坩埚托杆固接，坩埚托杆上移时，套筒即被带动随之上移，当单晶炉处于等径工艺段时，套筒同样位于坩埚托杆和加热器的下部之间，也可以起到隔热作用，防止热量被坩埚托杆带走，减少热量的损失。

还需要指出的是，上述套筒可以为石墨套筒，由于石墨具有耐高温性和较好的导热性，采用石墨套筒，单晶炉在等径工艺段，可以更有效地利用热场下部的热量。

以上对本发明所提供的单晶炉进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单晶炉，包括：

炉体；

加热器，设于所述炉体内的下周壁；

坩埚托杆，贯穿所述炉体的底部，其上端固定有支撑坩埚的坩埚托盘，且能够带动所述坩埚托盘在竖直方向上移动；

其特征在于，还包括：

隔热部件，套设于所述坩埚托杆；单晶炉处于加热工艺段时，所述隔热部件与所述炉体底部的压片抵接；单晶炉处于等径工艺段时，所述隔热部件位于所述坩埚托杆和所述加热器的下部之间。

2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述隔热部件为套筒，所述套筒通过提升杆与所述坩埚托杆连接；所述提升杆的一端与所述套筒滑动连接，另一端与所述坩埚托杆固定连接；还包括限位部，所述坩埚托杆向上移动时用于限定所述提升杆与所述套筒的相对位置。

3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，所述套筒的周壁设有至少两个滑道，所述提升杆的一端位于所述滑道内，另一端与所述坩埚托杆通过螺纹连接；所述限位部为所述滑道的顶端内壁。

4.根据权利要求3所述的单晶炉，其特征在于，所述滑道沿所述套筒的周壁均匀分布。

5.根据权利要求3所述的单晶炉，其特征在于，所述提升杆位于所述滑道内的一端设有凸块，所述滑道的顶端内壁具有与所述凸块相配的凹槽。

6.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述隔热部件为套筒，所述套筒通过提升杆与所述坩埚托杆固接。

7.根据权利要求6所述的单晶炉，其特征在于，所述套筒的周壁设有至少两个限位槽，所述提升杆的一端插装于所述限位槽，另一端与所述坩埚托杆通过螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的单晶炉，其特征在于，所述限位槽沿所述套筒的周壁均匀分布。

9.根据权利要求7所述的单晶炉，其特征在于，所述限位槽的内周壁设置有突起部。

10.根据权利要求2至9任一项所述的单晶炉，其特征在于，所述套筒为石墨套筒。

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