CN103890977A - 用于沉积工艺的电极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于沉积工艺的电极，该电极包括：主体部，安装在该电极的下部并且连接至外部电源；和头部，整体地形成在该主体部的上部并且联接至待接受沉积的对象，其中该主体部和该头部在锻造工艺中形成在一起。本发明还涉及一种用于制造该电极的方法。根据本发明，大大降低了制造成本，并且可以提高导电性和耐热性。

Description

用于沉积工艺的电极及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于气相沉积工艺的电极及其制造方法。更具体地说，本发明涉及用于被用来气相沉积多晶硅的气相沉积工艺的电极及其制造方法，其中多晶硅用于制造太阳能电池。
背景技术
太阳能电池根据原料和技术被分成晶体型和薄膜型。一般而言，尽管晶体型的太阳能电池的生产成本比薄膜型的太阳能电池的生产成本高，但是晶体型的太阳能电池具有比薄膜型的太阳能电池高的光伏特性。因此，晶体型的太阳能电池占据大部分的太阳能电池市场。晶体型的太阳能电池使用多晶硅作为原料。
西门子法作为多晶硅的制造方法是众所周知的。如图1所示，将硅丝布置在反应器中并且对其进行电加热，以及按照该西门子法向反应器供应TCS气体。如果通过从实质上作为SiO2存在的硅除去O2和杂质所获得的MG-Si（95-99.5%纯度）与HCL反应，则生成包含TCS的各种气体。在那之后，通过蒸馏从各种气体中分离出TCS气体。
如果将TCS气体供应到反应器中，则在被加热到高温的硅丝表面上沉积硅分子。通过这些工艺，硅丝变得更厚并且形成为硅棒。
如果该硅棒被分裂成适当的尺寸，则最后获得可以用于制造太阳能电池的体多晶硅。
在制造该多晶硅时，在硅丝的下部安装至少一个电极，以便在反应器中施加电流。这种电极承受高温环境以便保持导电状态。由于该电极是通过将支柱切割为具有预定形状并且根据常规技术挖掘该支柱以便形成冷却剂通道来制造的，所以大规模生产可能是不适宜的，并且由于增加了原料的使用，因此制造成本可能升高。
在该背景部分中公开的以上信息仅仅是用于加强了解本发明的背景，因此它可能包括并未形成在这些国家中的本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于气相沉积工艺的电极及其制造方法，其优点在于，降低用于制造作为太阳能电池原料的多晶硅的电极的制造成本，并且在高温环境下稳定并且可靠地供应电力的优点。
根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极可以包括：主体部，所述主体部安装在所述电极的下部并且适于电连接到外部电源；和头部，所述头部整体地形成在所述主体部的上部以及联接到基板，其中该主体部和该头部通过锻造来形成。
该主体部的下方内圆周可以被除去预定深度，以便形成冷却剂通道。
该头部可以具有其中上部比下部窄的“┴”形状，并且该头部的下部可以具有大于该主体部的直径。
该头部和该主体部可以具有形成有镀银层的外圆周表面。
绝缘层可以形成在该主体部的镀银层的外圆周表面。
该头部和该主体部的材料可以是无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜。
该电极可以进一步包括联接到该主体部下部、电连接至外部电源以及通过锻造形成的螺母部。
冷却剂供应管可以形成在该螺母部的侧部，并且连接到该主体部的冷却剂通道。
该螺母部可以进一步包括从该螺母部向下延伸以便与外部电源联接的连接部，并且该外部电源可以联接到该连接部的一侧或者两侧。
根据本发明另一个示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法可以包括：制备用于制造该电极的支柱；将该支柱布置在具有与该电极的形状对应的形状的模具中；利用该模具通过锻造该支柱来形成该电极的头部和主体部。
通过将该主体部的下表面的一部分除去预定深度，该模具可以适于形成冷却剂通道。
该头部可以具有其中上部比下部窄的“┴”形状，并且该头部的下部可以具有大于该主体部的直径。
该方法可以进一步包括在该头部和该主体部的外圆周表面上镀敷银。
该方法可以进一步包括在镀有银的主体部的外圆周表面上镀敷绝缘层。
该支柱可以由无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜制成。
根据本发明其它示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法可以包括：通过锻造整体地形成适于联接到基板的头部和配置有冷却剂通道的主体部；以及通过锻造形成联接到该主体部的下部并且电连接到外部电源的螺母部。
该方法可以进一步包括：形成连接到该冷却剂通道并且在螺母部输送该冷却剂的冷却剂供应管；以及通过焊接将该主体部与该头部联接。
螺母部可以进一步包括从该螺母部向下延伸以便与该外部电源联接的连接部，该外部电源联接到该连接部的一侧或者两侧。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极应用于其的反应器的截面图。
图2是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的截面图。
图3是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的透视图。
图4是用于制造根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的支柱的示意图。
图5是根据本发明另一示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的截面图。
图6是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的螺母部的截面图。
图7是根据本发明示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法的流程图。
图8是用于示出根据本发明示例性实施例的主体部和螺母部的焊接结构的示意图。
图9是根据本发明另一示例性实施例的螺母部的示意图。
图10是根据本发明另一示例性实施例的其中主体部和螺母部联接的用于气相沉积工艺的电极的透视图。
图11是根据本发明另一示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法的流程图。
<附图标记的说明>
10：反应器        11：底板
20：基板（硅丝）  30：电极
30'：电极的支柱   31：头部
32：主体部        33：冷却剂通道
34：镀银层        35：绝缘层
36：螺母部
具体实施方式
以下将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。
图2是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的截面图，图3是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极的透视图。
如图2和图3所示，根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极30包括主体部32和头部31，主体部32适于支撑电极30的下部并且电连接到外部电源，头部31整体地形成在主体部32的上部处并且联接到基板20。
图1是根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极30应用于其的反应器10的截面图。
如图1所示，根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极30安装在反应器10下部处的底板11上。诸如硅丝的基板20被布置在电极30的上部，接收电流并且被加热。如果向处于高于或者等于1000℃的高温下的反应器10供应TCS气体，则在被加热到高温的硅丝20的表面上沉积硅分子。通过这些工艺，硅丝20变得更厚并且形成为硅棒。
主体部32形成在电极30的下部，并且电连接到外部电源40，以便通过头部向硅丝20施加电流。
在一个或多个示例性实施例中，如图1所示，主体部32适于穿透反应器10的底板11的下表面，并且从反应器10露出。因为反应器10中的温度高于或者等于用于沉积硅分子的1000℃，并且该气体存在于反应器10中，所以在这种高温环境下，难以将反应器10中的主体部32与外部电源40安全地连接。因此，在一个或多个示例性实施例中，使主体部32的一部分或者全部暴露于反应器10的外部，并且将外部电源40电连接到主体部32的暴露在反应器10的底板11下方的一部分。
如图2所示，主体部32的下方内圆周被除去预定深度，以便形成冷却剂通道33。从外部冷却剂供应管供应的冷却剂流过通道33，以便降低主体部32和头部31的温度。因此，在一个或多个示例性实施例中，通道33被形成为延伸到头部31的下表面。
头部31整体地形成在主体部32的上部，并且连接到诸如硅丝20的基板20，以便将外部电源40的电流施加到基板20。
如图2和图3所示，头部31具有“┴”形状，其中上部A比下部B窄，并且头部31的下部B具有比主体部32大的直径。
如图1所示，主体部32穿透反应器10的底板11，并且头部31由底板11的上表面支撑。由于头部31的下部B具有比主体部32大的直径，因此头部31无法穿透底板11而被布置在底板11的上表面。因此，电极30被稳定地支撑。
由于头部31具有“┴”形状，其中上部A比下部B窄，所以可以减少用于制造电极30的原料的使用，并且可以降低制造成本。
在一个或多个示例性实施例中，如果诸如硅丝20的基板20可以稳定地连接到上部A，则在“┴”形状的头部31中不限制上部A的尺寸。
同时，根据本发明的示例性实施例，通过锻造整体地形成头部31和主体部32。
根据锻造，在室温下使用模具来形成产品的形状，并且改善了材料的特性。由于通过锻造所制的产品不需要被切割，所以锻造是经济的机械加工。
如果在本发明的示例性实施例中，通过锻造整体地形成包括头部31和主体部32的电极30，则可以降低制造成本。
图4（a）和4（b）是根据本发明示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的支柱30'的示意图。
制备具有与头部31和主体部32相对应的形状的模具，并且通过按压装置来按压图4中示出的支柱30'。因此，包括头部31和主体部32的电极30通过锻造整体地形成。
在一个或多个示例性实施例中，可以使用冷锻。通常，热锻是在材料的再结晶温度以上进行的锻造，温锻是在材料的再结晶温度处进行的锻造，冷锻是在再结晶温度以下的锻造。由于根据冷锻，不存在由于加热而导致的尺度损失，因此大大地降低了材料损耗。此外，由于可以精密的加工，所以减少标准的操作时间，并可以大规模生产。此外，提高该产品的强度。
因此，如果通过冷锻制造根据本发明示例性实施例的用于气相沉积工艺的电极30，则可以提高强度，可以降低制造成本，以及可以大规模生产。
此外，用于制造电极30的支柱由无氧铜（OFC）、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜制成。
无氧铜（OFC）是其中氧通过去氧剂被去除到低于或者等于大约0.008%的铜。如果氧包含在Cu中，则通过Cu2O和氢的反应生成H2O。因此，出现氢脆化，并且使耐蚀性劣化。P、Si、Mg、Ca、Li、Be、Ti、Zr以及其组合中的一个可以用作还原剂，并且其元素在制造后残留。
OFHC是不包含氧或者脱氧剂的高纯铜。OFHC具有高导电性。在电解铜被溶解后，电解铜通过氢气脱硫。接着，通过氮气或者碳酸气体从电解铜除去氢气。然后，获得具有99.97%纯度的OFHC。通过真空溶解法所制的OFHC具有99.99%纯度。由于典型的无氧铜（OFC）包含诸如磷、硅、锂等的脱氧剂，因此OFC具有低于OFHC的纯度。
韧铜是通过在反射炉中熔化并提纯电解铜所制的铜。从而，增强韧铜的可使用性。由于韧铜包含少量氧（0.02-0.05%），并且金属杂质以氧化物的形式存在于其中，所以降低了韧铜中的晶格畸变，并且导电性是优良的。
因此，如果利用高纯度无氧铜（OFC）、OFHC或者韧铜作为用于制造根据本发明示例性实施例的电极30的支柱，则可以提高导电性。
如图5所示，镀银层34可以形成在头部31和主体部32的外圆周表面处。在包括头部31和主体部32的电极30的表面上执行使用银镜反应的电镀或者无电镀。银是热和电流的导体并且具有好的可焊接性和耐热性。因此，可以提高电极30的循环寿命。
此外，如图5所示，主体部32可以在镀银层34的外圆周表面处具有绝缘层35。如图1所示，主体部32穿透反应器10的下表面，并且暴露于反应器10的外部。如果出现泄漏电流，则可能出现诸如火灾的事故。因此，绝缘层35防止电流泄漏。绝缘层35由电流不从其流过的绝缘材料制成。在一个或多个示例性实施例中，绝缘层35可以由具有强耐热性的绝缘材料制成。在一个或多个示例性实施例中，绝缘层35可以通过树脂涂布来形成。
头部31将电流施加到诸如硅丝的基板20，并且暴露于反应器10中的大约1000℃的高温。因此，绝缘层35没有形成在头部31处。
同时，主体部32的下部联接到图6中示出的螺母部36。螺母部36联接到主体部32的下部，以便保护电极30的下部并且改善与外部电源40的连接。与头部31和主体部32一样，螺母部36由无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜制成。
由于螺母部36通过锻造或者冷锻来形成，所以可以提高强度，并且可以极大地降低制造成本。此外，与头部31或者主体部32一样，螺母部36具有镀银层或者绝缘层。
螺母部36可以通过焊接联接到主体部32。根据焊接，固体材料被熔化、混合然后冷却，以便相互结合。焊接中的一种是熔焊，其中使待联接的部件接触，并且将结合部局部地加热、熔化以及结合。
根据图8(a)中所示出的常规工艺，主体部的外圆周部凸出，螺母部插入在凸出部T中，并且主体部和螺母部通过高频摩擦焊接来连接。在这种情况下，电极的电阻较高，并且导电性劣化。此外，随着时间的流逝，由于腐蚀，电阻进一步增加。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，如图8（b）和图9所示，螺母部36的凸出部37插入在主体部32的冷却剂通道中，并且径向位于冷却剂通道外部的下环形圆周部P通过熔焊联接到螺母部36的上表面。在这种情况下，根据实验确定，与常规技术相比，降低了电阻并且提高了导电性。
同时，如图9所示，与主体部32的冷却剂通道33对应的冷却剂供应管38可以形成在螺母部36的侧部。因此，通过螺母部36的冷却剂供应管38所供应的冷却剂通过连接于此的主体部32的冷却剂通道33在电极中循环。冷却剂供应管38可以通过与螺母部36的锻造工艺不相关的加工来形成。
同时，如图9至图10所示，延伸部39形成在螺母部36的下部，并且外部电源40连接到延伸部39的一侧或者两侧。延伸部39可以通过锻造与螺母部36整体地形成。
根据常规技术，外部电源连接至螺母部的下表面。由于通过较窄区域连接外部电源，因此不能稳定地供应电力，并且不能牢固地联接外部电源。
根据本发明的一个或多个示例性实施例，延伸螺母部36的下部，以便形成延伸部39，并且外部电源40联接至延伸部39的侧面。由于接触区域根据延伸部39的长度变宽，因此可以稳定地供应电力。具体地，如果延伸部39的两个侧面被形成为平面，并且外部电源40联接至此，则可以最大限度地使与外部电源之间的接触区域变宽，并且可以稳定地将电力通过如图9至图10所示的延伸部39的两侧供应给电极。
此外，至少一个孔H形成在延伸部39的一侧或两侧，使得延伸部39和外部电源40通过螺栓牢固联接。在一个或多个示例性实施例中，四个孔H形成在延伸部39的两侧，以便通过螺栓与外部电源牢固联接，如图9所示。这些孔可以通过锻造或通过单独的孔形成工艺来形成。
将详细描述根据本发明示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法。
如图7所示，根据本发明示例性实施例的该方法包括：在步骤S10，制备用于制造电极30的支柱;在步骤S20，在具有与电极30的形状对应的形状的模具中沉积该支柱；以及在步骤S30，借助于该模具通过锻造该支柱形成电极30的头部31和主体部32。
首先，在步骤S10，制备支柱，以便制造电极30。在一个或多个示例性实施例中，该支柱由具有高纯度和导电性的无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜制成。如图4所示，支柱30'具有圆柱形状。
如果制备好该支柱，则在步骤S20，将该支柱布置在模具中。该模具具有与如图2和图3所示的电极30的头部31和主体部32相对应的形状。由于头部31具有“┴”形状，因此该模具也具有与头部31的形状对应的形状。由于主体部32具有形成于其中的冷却剂通道33，因此该模具可以具有与冷却剂通道33相对应的凸出部。
此后，在步骤S30，将该模具安装在按压装置处，并且通过该按压装置对该支柱进行锻造，使得整体地形成电极30的主体部32和头部31。由于电极30的主体部32和头部31被整体锻造，因此缩短了标准操作时间，并且大规模生产是可能的。此外，根据锻造，材料的使用少，并且降低了生产成本。
同时，除包括头部31和主体部32之外，电极30进一步包括如图4所示的螺母部36。在这种情况下，制造了具有与螺母部36的形状对应的形状的模具，并且通过锻造形成螺母部36。因此，进一步降低了制造成本。
此后，为了提高主体部32、头部31或螺母部36的导电性，在步骤S40，对主体部32、头部31或螺母部36的外圆周表面进行镀敷。可以执行使用银镜反应的电镀或无电镀。
此外，在步骤S50，通过在镀有银的主体部32或螺母部36的外圆周表面处进行树脂镀敷，形成绝缘层35。由于主体部32和螺母部36可以暴露于沉积反应器10的外部，因此绝缘层35防止由于泄漏电流而导致的火灾。
将详细描述根据本发明另一示例性实施例的用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法。
如图11所示，根据本发明另一示例性实施例的该方法包括：在步骤S1，通过锻造整体地形成联接到基板的头部31和配置有冷却剂通道的主体部32；在步骤S2，通过锻造形成联接到主体部32的下部并且连接到外部电源的螺母部36；在步骤S3，在螺母部36处形成连接至冷却剂通道的通道；以及在步骤S4，通过焊接联接主体部32和头部31。
通过锻造整体地形成头部31和主体部32的步骤S1是通过在模具中沉积支柱并锻造该支柱以便形成头部31和主体部32来执行的，如上所述。
在步骤S2，通过锻造预定支柱可以形成螺母部36。同时，如图9至图10所示，在螺母部36的下部形成延伸部39，使得外部电源40连接至延伸部39的一侧或两侧。
在步骤S3，通过附加加工工艺，在螺母部36的侧部形成与主体部32的冷却剂通道33相对应的冷却剂供应管38。
如图8和图10所示，在步骤S4，通过焊接将螺母部36联接至主体部32。
如上所述，由于通过锻造减少了材料的使用并且缩短了标准操作时间，因此根据本发明示例性实施例可以大大降低制造成本。由于用于形成电极的晶体通过锻造变得密集，因此可以提高导电性和耐热性。
此外，由于通过锻造形成电极的冷却剂通道，因此可以提高耐久性。试验结果表明，如果冷却剂的压力高于预定压力，则根据常规技术电极断裂，而通过锻造形成的电极在高于预定压力两倍的压力下也不会断裂。
尽管结合当前被认为是可实施的示例性实施例描述了该本发明，但应理解的是，本发明不限于所公开的示例性，相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (18)

1.一种用于气相沉积工艺的电极，包括：
主体部，安装在所述电极的下部并且适于电连接至外部电源；和
头部，整体地形成在所述主体部的上部并且联接至基板，
其中所述主体部和所述头部通过锻造形成。
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述主体部的下方内圆周被除去预定深度，以便形成冷却剂通道。
3.根据权利要求1所述的电极，其中所述头部具有其中上部比下部窄的“┴”形状，并且所述头部的下部具有大于所述主体部的直径。
4.根据权利要求1所述的电极，其中所述头部和所述主体部具有形成有镀银层的外圆周表面。
5.根据权利要求4所述的电极，其中绝缘层形成在所述主体部的所述镀银层的外圆周表面。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述头部和所述主体部的材料是无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜。
7.根据权利要求2所述的电极，进一步包括联接至所述主体部的下部、电连接至所述外部电源并且通过锻造形成的的螺母部。
8.根据权利要求7所述的电极，其中冷却剂供应管形成在所述螺母部的侧部，并且连接至所述主体部的冷却剂通道。
9.根据权利要求7所述的电极，其中所述螺母部进一步包括从所述螺母部向下延伸以便与所述外部电源联接的连接部，并且所述外部电源联接至所述连接部的一侧或两侧。
10.一种用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法，包括：
制备用于制造所述电极的支柱；
在具有与所述电极的形状相对应的形状的模具中沉积所述支柱；以及
借助于所述模具通过锻造所述支柱形成所述电极的头部和主体部。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过将所述主体部的下表面的一部分除去预定深度，所述模具适于形成冷却剂通道。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述头部具有其中上部比下部窄的“┴”形状，并且所述头部的下部具有大于所述主体部的直径。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述头部和所述主体部的外圆周表面上镀敷银。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在镀有银的所述主体部的外圆周表面上镀敷绝缘层。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述支柱由无氧铜、高导电性无氧铜（OFHC）或者韧铜制成。
16.一种用于制造用于气相沉积工艺的电极的方法，包括：
通过锻造整体地形成适于联接至基板的头部和配置有冷却剂通道的主体部；并且
通过锻造形成联接至所述主体部的下部并且电连接至外部电源的螺母部。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
形成连接至所述冷却剂通道并且在所述螺母部输送所述冷却剂的冷却剂供应管；并且
通过焊接将所述主体部与所述头部联接。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中所述螺母部进一步包括从所述螺母部向下延伸以便与所述外部电源联接的连接部，并且所述外部电源联接至所述连接部的一侧或两侧。
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