CN104818529A - 一种负压式硅片制作设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种负压式硅片制作设备及其控制方法，包括炉体，所述炉体内设有用于盛放硅液的坩埚，所述坩埚的外侧周围设有加热器，所述坩埚的上方设有硅片提取单元，所述硅片提取单元包括可一起上下移动的冷却腔和扩容减压室，所述冷却腔伸入到扩容减压室中，所述扩容减压室的上端封闭，下端开口并在开口处设有耐温挂件，所述耐温挂件围绕在冷却腔的周围并伸出冷却腔的底部，所述冷却腔的外壁、扩容减压室的内壁以及硅液之间可形成密闭负压腔，所述炉体上设有硅片承接板，所述硅片承接板上设有高频感应线圈。本发明可实现由硅熔液直接形成硅片的过程，硅片厚度薄，重复性好，大大节省了硅材料及单个硅片的能耗，并降低硅太阳能电池成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种直接从硅溶液形成硅片的制作设备及其控制方法，尤其涉及一种负压式硅片制作设备及其控制方法。
背景技术
近几年来，随着硅太阳能电池发电技术的发展，对硅材料的需求已经远远超过半导体材料的需求量。硅片的成本占据硅太阳能电池成本约1/4，硅片成本的降低将有效降低硅太阳能电池的发电成本。
目前，硅片主要有单晶硅片和多晶硅片，单晶硅片采用硅原料熔化后在单晶拉制炉内形成圆形硅棒，然后进行开方；多晶硅片采用硅原料熔化后在多晶铸锭炉内铸造形成硅锭，然后在开方后去除头尾及边皮，硅料损失均达约30％，切片的过程中硅料损失为约45％，最后形成硅片的硅材料只占据硅原料的不足40％，造成了硅材料极大的浪费。
从硅熔液中直接形成硅片或硅带的技术一直是人们不屑的追求，但是针对从熔融硅熔液中直接制取需要尺寸的硅片的技术仍发展缓慢。对于这一新兴的技术领域，国际上有部分厂家能够实现硅带的连续生长，但仍然是小规模的生产，而直接形成一定尺寸的硅片的技术仍然处于研发阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种负压式硅片制作设备及其控制方法，能够由硅熔液直接形成硅片的过程，硅片厚度薄，重复性好，大大节省硅材料及单个硅片的能耗，并降低硅太阳能电池成本。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种负压式硅片制作设备，包括炉体，所述炉体内设有用于盛放硅液的坩埚，所述坩埚的外侧周围设有加热器，所述坩埚的上方设有硅片提取单元，其中，所述硅片提取单元包括可一起上下移动的冷却腔和扩容减压室，所述冷却腔伸入到扩容减压室中，所述扩容减压室的上端封闭，下端开口并在开口处设有耐温挂件，所述耐温挂件围绕在冷却腔的周围并伸出冷却腔的底部，所述冷却腔的外壁、扩容减压室的内壁以及硅液之间可形成密闭负压腔，所述炉体上设有硅片承接板，所述硅片承接板上设有高频感应线圈。
上述的负压式硅片制作设备，其中，所述冷却腔中密封设有导热油，所述冷却腔的上端通过第一运动滑块和定向导轨安装在炉体的副腔室炉壁上，所述扩容减压室的上端为第二运动滑块，所述第二运动滑块密封套设在冷却腔外并且其两端与定向导轨滑动相连，所述第二运动滑块位于第一运动滑块的下方。
上述的负压式硅片制作设备，其中，所述硅片承接板固定在炉外推杆上，所述炉外推杆贯穿设于炉体加热腔室上部的炉壁上，所述冷却腔和炉体加热腔室的上部接触处设有炉体密封块，所述加热器和炉体内壁之间设有隔热保温层。
上述的负压式硅片制作设备，其中，所述耐温挂件大致呈开口向下的喇叭状，所述耐温挂件的材质为等静压石墨。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述负压式硅片制作设备的控制方法，其中，包括如下步骤：a)利用加热器将坩埚中的硅加热熔化；b)控制硅片提取单元下移至耐温挂件的下边缘接触并伸入硅液中，使得冷却腔的外壁、扩容减压室的内壁以及硅液之间形成一密封腔室，控制冷却腔底部和硅液的距离为1～10cm；c)增加扩容减压室的内腔体积，随着密封腔室内气压减小形成负压腔，硅液压入耐温挂件内形成硅液凸面；d)硅液凸面的热量由冷却腔带走，硅液凸面凝固形成硅片并与底部硅液自然分离；e)向上提升耐温挂件与冷却腔，将硅片承接板推入耐温挂件下，并给高频感应线圈通电，对耐温挂件进行感应加热，使得其与硅片接触处温度升高至硅熔点，缩小扩容减压室的容积，密封腔室内压力升高，挤压硅片脱落至硅片承接板上，并连同硅片承接板一起移出至炉体外。
上述的负压式硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤c)通过推拉扩容减压室上的伸缩杆，带动第二运动滑块上滑增加扩容减压室的内腔体积，并控制硅液凸面高出硅液面1～5mm，所述步骤d)通过向冷却腔中通入150～250℃的导热油，带走硅液凸面的热量，并控制硅片的厚度为100～250μm。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的负压式硅片制作设备及其控制方法，通过设置冷却腔和扩容减压室及粘取硅片的耐温挂件，耐温挂件浸入硅熔液中后形成负压腔，硅液面微凸，由冷却腔接近硅液面吸收热量，微凸的硅液面凝固形成硅薄片并与硅液自然分离，带有高频感应线圈的承接板加热耐温挂件至硅熔点，硅片脱落至承接板，从而实现由硅熔液直接形成硅片的过程，硅片厚度薄，重复性好，大大节省了硅材料及单个硅片的能耗，并降低硅太阳能电池成本。
附图说明
图1为本发明负压式硅片制作设备结构示意图；
图2为本发明负压式硅片制作设备的硅片提取单元下部放大结构示意图；
图3为本发明负压式硅片制作设备的耐温挂件接触硅液面密封负压形成硅片示意图；
图4为本发明负压式硅片制作设备的高频感应圈加热耐温挂件示意图；
图5为本发明负压式硅片制作设备硅片脱落后处于承接板上示意图。
图中：
1 冷却液进出口 2 定向导轨 3 第一运动滑块
4 第二运动滑块 5 扩容减压室 6 炉外推杆
7 高频感应线圈 8 加热器 9 坩埚
10 硅液 11 检测导线 12 硅片
13炉体固定立柱 14 隔热保温层 15 炉体
16 硅片提取单元 17 炉体密封块 18 硅片承接板
161 冷却腔 162 硅液凸面 163 耐温挂件
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明负压式硅片制作设备结构示意图；图2为本发明负压式硅片制作设备的硅片提取单元下部放大结构示意图。
请参见图1和图2，本发明提供的负压式硅片制作设备，包括炉体15，所述炉体15内设有用于盛放硅液10的坩埚9，所述坩埚9的外侧周围设有加热器8，所述坩埚9的上方设有硅片提取单元16，其中，所述硅片提取单元16包括可一起上下移动的冷却腔161和扩容减压室5，所述冷却腔161伸入到扩容减压室5中，所述扩容减压室5的上端封闭，下端开口并在开口处设有耐温挂件163，所述耐温挂件163围绕在冷却腔161的周围并伸出冷却腔161的底部，所述冷却腔161的外壁、扩容减压室5的内壁以及硅液10之间可形成密闭负压腔，所述炉体15上设有硅片承接板18，所述硅片承接板18上设有高频感应线圈7。
本发明提供的负压式硅片制作设备，所述冷却腔161上端设有冷却液进出口1，冷却液体具有高导热率与高热容量的特点，保证冷却块下端稳定的温度，优选通入导热油，所述冷却腔161的上端通过第一运动滑块3和定向导轨2安装在炉体15的副腔室炉壁上，所述扩容减压室5的上端为第二运动滑块4，所述第二运动滑块4密封套设在冷却腔161外并且其两端与定向导轨2滑动相连，所述第二运动滑块4位于第一运动滑块3的下方。
本发明提供的负压式硅片制作设备，所述硅片承接板18固定在炉外推杆6上，所述炉外推杆6贯穿设于炉体15加热腔室上部的炉壁上，所述冷却腔161和炉体15加热腔室的上部接触处设有炉体密封块17，所述加热器8和炉体15内壁之间设有隔热保温层14；炉体15固定在炉体固定立柱13上，炉体15内设有检测导线11。所述耐温挂件163大致呈开口向下的喇叭状，所述耐温挂件163的材质优选为等静压石墨，不但可耐高温，且与硅液不发生化学反应。
本发明还提供一种负压式硅片制作设备的控制方法，包括如下步骤：
a)利用加热器8将坩埚9中的硅加热熔化；
b)控制硅片提取单元16下移至耐温挂件163的下边缘接触并伸入硅液10中，使得冷却腔161的外壁、扩容减压室5的内壁以及硅液10之间形成一密封腔室，控制冷却腔161底部和硅液10的距离为1～10cm；
c)增加扩容减压室5的内腔体积，随着密封腔室内气压减小形成负压腔，硅液压入耐温挂件163内形成硅液凸面162；如通过推拉扩容减压室5上的伸缩杆，带动第二运动滑块4上滑增加扩容减压室5的内腔体积，并控制硅液凸面162高出硅液面1～5mm；
d)硅液凸面162的热量由冷却腔161带走，硅液凸面162凝固形成硅片12并与底部硅液自然分离；如通过向冷却腔161中通入150～250℃的导热油，带走硅液凸面162的热量，并控制硅片(12)的厚度为100～250μm；
e)向上提升耐温挂件163与冷却腔161，将硅片承接板18推入耐温挂件163下，并给高频感应线圈7通电，对耐温挂件163进行感应加热，使得其与硅片接触处温度升高至硅熔点，缩小扩容减压室5的容积，密封腔室内压力升高，挤压硅片12脱落至硅片承接板18上，并连同硅片承接板18一起移出至炉体15外，即可进行下一个硅片的工序；此硅片的边缘经过激光切割边缘整齐后，可作为硅太阳能电池制作使用。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (6)
1.一种负压式硅片制作设备，包括炉体(15)，所述炉体(15)内设有用于盛放硅液(10)的坩埚(9)，所述坩埚(9)的外侧周围设有加热器(8)，所述坩埚(9)的上方设有硅片提取单元(16)，其特征在于，所述硅片提取单元(16)包括可一起上下移动的冷却腔(161)和扩容减压室(5)，所述冷却腔(161)伸入到扩容减压室(5)中，所述扩容减压室(5)的上端封闭，下端开口并在开口处设有耐温挂件(163)，所述耐温挂件(163)围绕在冷却腔(161)的周围并伸出冷却腔(161)的底部，所述冷却腔(161)的外壁、扩容减压室(5)的内壁以及硅液(10)之间可形成密闭负压腔，所述炉体(15)上设有硅片承接板(18)，所述硅片承接板(18)上设有高频感应线圈(7)。
2.如权利要求1所述的负压式硅片制作设备，其特征在于，所述冷却腔(161)中密封设有导热油，所述冷却腔(161)的上端通过第一运动滑块(3)和定向导轨(2)安装在炉体(15)的副腔室炉壁上，所述扩容减压室(5)的上端为第二运动滑块(4)，所述第二运动滑块(4)密封套设在冷却腔(161)外并且其两端与定向导轨(2)滑动相连，所述第二运动滑块(4)位于第一运动滑块(3)的下方。
3.如权利要求1所述的负压式硅片制作设备，其特征在于，所述硅片承接板(18)固定在炉外推杆(6)上，所述炉外推杆(6)贯穿设于炉体(15)加热腔室上部的炉壁上，所述冷却腔(161)和炉体(15)加热腔室的上部接触处设有炉体密封块(17)，所述加热器(8)和炉体(15)内壁之间设有隔热保温层(14)。
4.如权利要求1所述的负压式硅片制作设备，其特征在于，所述耐温挂件(163)大致呈开口向下的喇叭状，所述耐温挂件(163)的材质为等静压石墨。
5.一种如权利要求2所述的负压式硅片制作设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)利用加热器(8)将坩埚(9)中的硅加热熔化；
b)控制硅片提取单元(16)下移至耐温挂件(163)的下边缘接触并伸入硅液(10)中，使得冷却腔(161)的外壁、扩容减压室(5)的内壁以及硅液(10)之间形成一密封腔室，控制冷却腔(161)底部和硅液(10)的距离为1～10cm；
c)增加扩容减压室(5)的内腔体积，随着密封腔室内气压减小形成负压腔，硅液压入耐温挂件(163)内形成硅液凸面(162)；
d)硅液凸面(162)的热量由冷却腔(161)带走，硅液凸面(162)凝固形成硅片(12)并与底部硅液自然分离；
e)向上提升耐温挂件(163)与冷却腔(161)，将硅片承接板(18)推入耐温挂件(163)下，并给高频感应线圈(7)通电，对耐温挂件(163)进行感应加热，使得其与硅片接触处温度升高至硅熔点，缩小扩容减压室(5)的容积，密封腔室内压力升高，挤压硅片(12)脱落至硅片承接板(18)上，并连同硅片承接板(18)一起移出至炉体(15)外。
6.如权利要求5所述的负压式硅片制作设备的控制方法，其特征在于，所述步骤c)通过推拉扩容减压室(5)上的伸缩杆，带动第二运动滑块(4)上滑增加扩容减压室(5)的内腔体积，并控制硅液凸面(162)高出硅液面1～5mm，所述步骤d)通过向冷却腔(161)中通入150～250℃的导热油，带走硅液凸面(162)的热量，并控制硅片(12)的厚度为100～250μm。
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