CN104213189A - 一种多晶铸锭炉自动测长晶装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体生长炉领域，旨在提供一种多晶铸锭炉自动测长晶装置。该种多晶铸锭炉自动测长晶装置包括石英玻璃棒、拉线传感器、气缸和波纹管，石英玻璃棒的一端伸入多晶铸锭炉的内部，另一端设置在波纹管内，并且固定在石英玻璃棒夹上，气缸通过波纹管支架驱动波纹管上下运动，进而驱动石英玻璃棒和拉线传感器上的拉绳上下运动；拉线传感器用于将通过拉绳上下运动测得的数据，转换为模拟信号传送到外部，实现对测得的数据进行显示并记录。本发明采用全自动测量方式，不但能减轻测量人员的劳动强度，避免了人工读数的误差，同时数据由控制模块直接读取记录，方便后续分析，提高了测量的准确度和测量效率。

Description

一种多晶铸锭炉自动测长晶装置

技术领域

本发明是关于晶体生长炉领域，特别涉及一种多晶铸锭炉自动测长晶装置。

背景技术

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。通过光电转换装置把太阳辐射能转换成电能利用属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件(太阳能电池)的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

由于硅材料占太阳能电池成本中的绝大部分，降低硅材料生产成本是光伏应用的关键。多晶硅铸锭技术是降低太阳能电池成本的重要途径之一，该技术省去了昂贵的单晶拉制过程，用较低纯度的硅做投炉料，原材料及电能消耗方面都较省。

生产多晶硅晶体的设备主要是多晶硅铸锭炉，通过对硅料进行定向凝固得到多晶硅晶体。多晶硅晶体成形越均匀，晶体质量就越高，而晶体生长速度是多晶硅晶体成形均匀程度的重要因素之一，也是调节多晶铸锭炉工艺参数的重要参照。传统的手动测量其生长速度，主要依靠测量人员每隔一段时间将石英玻璃棒手动插入硅液中，测量硅固液界面高度位置，以此来测量计算得出炉内的长晶情况。测量人员插拔石英玻璃棒的同时，对石英玻璃棒插入深度在刻度尺上直接进行读数，通过对所读数值进行分析、计算，从而得出单位时间内硅固液界面高度的变化量，作为其生长速度。采用这种方法，测量人员需要频繁地到多晶铸锭炉二层平台进行测量，记录和计算，传统的测长晶方式不仅测量人员的劳动强度大，而且测量结果会由于测量人员的读数方式及石英玻璃棒的插入手势，力度，角度等大小偏差而受干扰，测量误差会比较大。并且现有手动测长晶机构在操作时测量人员很难控制好玻璃棒上下抽插的力度和角度，导致玻璃棒极其容易断裂，而断裂后炉内的玻璃棒会掉入硅溶液内，影响生产成品率，从而带来较大损失。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种采用全自动测量方式的多晶铸锭炉测长晶装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，包括石英玻璃棒，还包括拉线传感器、气缸和波纹管，石英玻璃棒的一端伸入多晶铸锭炉的内部，另一端设置在波纹管内，并且固定在石英玻璃棒夹上，石英玻璃棒夹安装在与气缸活塞杆相连的波纹管支架上；波纹管的一端与炉顶观察窗法兰连接，另一端与波纹管支架连接，并将石英玻璃棒、石英玻璃棒夹包裹在波纹管内，且波纹管设在多晶铸锭炉的外部；多晶铸锭炉的石英玻璃棒进入口处通过波纹管进行密封，拉线传感器上的拉绳和石英玻璃棒夹连接固定；气缸通过波纹管支架驱动波纹管上下运动，进而驱动石英玻璃棒和拉线传感器上的拉绳上下运动；拉线传感器用于将通过拉绳上下运动测得的数据，转换为模拟信号传送到外部(控制模块)，(控制模块)实现对测得的数据进行显示并记录。

作为进一步的改进，所述一种多晶铸锭炉自动测长晶装置安装在多晶铸锭炉的炉顶，且石英玻璃棒安装在多晶铸锭炉的炉顶观察窗处，并随波纹管上下移动。

作为进一步的改进，所述气缸的缸径满足公式：其中，D是指缸径，F是指汽缸工作时所受的作用力，P是指工作压力。

作为进一步的改进，所述工作压力P在0.2Mpa～0.6Mpa之间。

作为进一步的改进，所述气缸采用缸径在7.283mm～12.616mm之间的气缸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用全自动测量方式，不但能减轻测量人员的劳动强度，避免了人工读数的误差，同时数据由控制模块直接读取记录，方便后续分析，提高了测量的准确度和测量效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中的附图标记为：1波纹管支架；2石英玻璃棒；3石英玻璃棒夹；4气缸；5拉线传感器；6波纹管；7多晶硅铸锭炉；8硅液液面；9石英坩埚；10固液界面。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，一种多晶铸锭炉自动测长晶装置包括波纹管支架1、石英玻璃棒2、石英玻璃棒夹3、气缸4、拉线传感器5和波纹管6，安装在多晶铸锭炉7的炉顶。石英玻璃棒2安装在多晶铸锭炉7的炉顶观察窗处，石英玻璃棒2的一端伸入多晶铸锭炉7的内部，另一端设置在波纹管6内，在多晶铸锭炉7的外部，多晶铸锭炉7的石英玻璃棒2进入口处通过波纹管6的一端进行密封。波纹管6的上端面与石英玻璃棒夹3一同固定在与气缸4活塞杆连接的波纹管支架1上。气缸4用于驱动波纹管6上下运动，进而驱动石英玻璃棒2和拉线传感器5上的拉绳上下运动。拉线传感器5用于将通过拉绳上下运动测得的数据，转换为模拟信号传送到外部的控制模块上，控制模块用于显示测得的数据并对数据进行记录。当石英玻璃棒2下插并接触到炉内固液界面10时，拉线传感器5的拉绳被拉出的长度即是石英玻璃棒2下端面从初始位置到固液界面10的距离，再由拉线传感器5将得到的数据转换为模拟信号传送到操作平台的操作界面上，由控制模块记录，从而方便测量人员查看，由于晶体正在生长，固液界面10正在升高，经过同等时间间隔的多次测量得出一组变化的距离测量结果，且测量结果由控制模块直接分析得出此时间段内多晶铸锭炉7的长晶速度。

气缸4应通过确定作用力的大小来确定所需气缸4的缸径。缸径过小，作用力不够，则石英玻璃棒2可能无法接触到固液界面10；而缸径过大，则石英玻璃棒2可能插入固液界10过深导致损坏，同时设备笨重，成本提高，又增加耗气量，浪费能源。

气缸4工作时有两种作用力：一种是向上运动时的拉力F1，即承受波纹管支架1和石英玻璃棒2以及波纹管6的总重力，再加上波纹管6拉伸时的弹力以及石英玻璃棒2运动时产生的摩擦力；另一种是向下运动时的推力F2，气缸4工作时，在气压相同的情况下F1＝F2的，而由于波纹管6并非弹簧，在正常行程范围内其拉伸所产生的弹力很小可以忽略不计，同样上下运动时仅石英玻璃棒2与波纹管6下端有间隙配合，其产生的摩擦力很小也可以忽略不计。设计算得出波纹管支架1和石英玻璃棒2以及波纹管6的总重量为5kg，即F1＝50N，若设安全系数为0.2即气缸4能够提升石英玻璃棒2的最小力Fmin＝250N，而根据气缸4工作压力范围为0.2Mpa～0.6Mpa，即根据气缸4的工作压力范围可以算出可选气缸4的缸径范围。

气缸4的缸径满足公式：其中，D是指缸径，F是指汽缸4工作时所受的作用力，P是指工作压力，工作压力P为2kgf～6kgf。故得出气缸4的缸径在7.283mm～12.616mm之间。

工作时，将一种多晶铸锭炉自动测长晶装置固定于多晶铸锭炉7的炉顶观察窗处，装上石英玻璃棒2，使石英玻璃棒2处于最高处。然后，将石英玻璃棒2置于波纹管6内部并固定在石英玻璃棒夹3上，波纹管6的上端面与石英玻璃棒夹3一同固定在与气缸4活塞杆连接的波纹管支架1上，拉线传感器5的拉绳头部固定石英玻璃棒夹3上，这样当气缸4驱动波纹管6向下运动时，石英玻璃棒2也随之下插带动拉线传感器5的拉绳头部向下运动，直至触及炉内固液界面10，拉线传感器5的拉绳被拉出的距离和石英玻璃棒2下插的距离相同，通过拉线传感器5测量的拉绳长度的变化量就能计算出石英玻璃棒2的高度位置。

最后，由拉线传感器5将测得的数值转换成模拟信号传送到用户操作台的操作界面上，就能看到记录的本次石英玻璃棒2的位置，两次测量的高度差即是两次测量间隔时间内晶体生长的高度。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，包括石英玻璃棒，其特征在于，还包括拉线传感器、气缸和波纹管，石英玻璃棒的一端伸入多晶铸锭炉的内部，另一端设置在波纹管内，并且固定在石英玻璃棒夹上，石英玻璃棒夹安装在与气缸活塞杆相连的波纹管支架上；波纹管的一端与炉顶观察窗法兰连接，另一端与波纹管支架连接，并将石英玻璃棒、石英玻璃棒夹包裹在波纹管内，且波纹管设在多晶铸锭炉的外部；多晶铸锭炉的石英玻璃棒进入口处通过波纹管进行密封，拉线传感器上的拉绳和石英玻璃棒夹连接固定；气缸通过波纹管支架驱动波纹管上下运动，进而驱动石英玻璃棒和拉线传感器上的拉绳上下运动；拉线传感器用于将通过拉绳上下运动测得的数据，转换为模拟信号传送到外部，实现对测得的数据进行显示并记录。

2.根据权利要求1所述的一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，其特征在于，所述一种多晶铸锭炉自动测长晶装置安装在多晶铸锭炉的炉顶，且石英玻璃棒安装在多晶铸锭炉的炉顶观察窗处，并随波纹管上下移动。

3.根据权利要求1所述的一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，其特征在于，所述气缸的缸径满足公式：其中，D是指缸径，F是指汽缸工作时所受的作用力，P是指工作压力。

4.根据权利要求3所述的一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，其特征在于，所述工作压力P在0.2Mpa～0.6Mpa之间。

5.根据权利要求4所述的一种多晶铸锭炉自动测长晶装置，其特征在于，所述气缸采用缸径在7.283mm～12.616mm之间的气缸。