CN107227487B - 一种真空炉内复合冷却提速成晶设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空炉内复合冷却提速成晶设备，包括支撑架、水冷套和氩气管，水冷套呈锥形筒状，水冷套内设有循环水路，氩气管内置于设有进水管的支撑架内，并贯穿于水冷套内，氩气管在水冷套内缠绕若干圈，水冷套内壁上在紧贴氩气管的位置开有若干排气孔。本发明能提高晶体品质；能促进成晶速度；设计的冷气孔呈一定角度，极好的避免了气流互相干扰的情况，并且同原有的进气口形成高低呼应对晶棒从上到下的一个整体腔体保护。

Description

一种真空炉内复合冷却提速成晶设备

技术领域

本发明属于成晶设备领域，尤其是涉及一种真空炉内复合冷却提速成晶设备。

背景技术

目前，太阳能用单晶硅主要通过直拉法制得，现在也有通过铸造法生产单晶硅，其方法是在坩埚的底部加入籽晶，再在籽晶的上面装填硅料，在硅原料熔化的过程中，控制籽晶的熔化，使籽晶或者籽晶的一部分始终保持固态，在冷却的过程中，准单晶硅沿着籽晶的晶向结晶，这种方法生产的晶体的缺陷密度较低，同时这种方法的熔化方式也对坩埚的内部的涂层提出了更高的要求，间接增加了成本，因此为了解决这些问题需要对定向凝固法制备铸造单晶硅的装置进行结构上的改进。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种真空炉内复合冷却提速成晶设备，能解决上述技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种真空炉内复合冷却提速成晶设备，包括支撑架、水冷套和氩气管，所述支撑架设有两个，分别固定于水冷套上端相对的两端边缘，水冷套呈锥形筒状，水冷套内设有循环水路，水冷套的上端面设有循环水路的进水口和出水口，分别连通进水管和出水管，进水管和出水管分别内置于两个支撑架内，氩气管内置于设有进水管的支撑架内，并贯穿于水冷套内，氩气管在水冷套内缠绕若干圈，并焊接于水冷套内壁，水冷套内壁上在紧贴氩气管的位置开有若干排气孔，排气孔连通于氩气管，排气孔朝向水冷套中心轴线的方向。

进一步，所述氩气管在水冷套内缠绕两圈，其中一圈位于水冷套的最底层，另一圈位于水冷套靠近中间的一层。

进一步，两个支撑架均为折弯式结构，包括依次连接的第一竖管、水平管和第二竖管，第二竖管连接水冷套。

一种包括上述的真空炉内复合冷却提速成晶设备的单晶炉，包括炉体、坩埚和保温套，所述水冷套设于坩埚上方，保温套包裹于水冷套外围，支撑架贯穿于炉体上端的炉盖。

相对于现有技术，本发明所述的真空炉内复合冷却提速成晶设备具有以下优势：1，高纯度氩气直达晶体成品最初位置，能提高晶体品质；

2，由于是在水温中进入的气体，气体温度同水温一样，能促进成晶速度；

3，同原设备相比，优势在于：原有的低温是由锥筒壁内的冷却水来起作用，但由于不直接接触产品，中间有空间影响吸温效果，而从冷却水内过去的低温度的氩气能直接吹到产品上直接降温，效果加倍；

4，由于气体能直接到达成晶的最初位置，可以用别的气体方法来验证产品的晶相，为试验提供了一个最前沿的平台，同时为改善品质提供一个数据收集试验点；

5，设计的冷气孔呈一定角度，极好的避免了气流互相干扰的情况，并且同原有的进气口形成高低呼应对晶棒从上到下的一个整体腔体保护；

6，采用本发明创造，对于晶体的纯度提高是一个质的飞跃，其产值无法估算，完全颠覆之前的设想，另外高纯气体的近距离保护，对于晶棒品质来讲是一个革命性的设想，直接影响光伏产品的各项指标，对于数量及质量产生的价值无可估量，至少比原来状态提高一倍以上的效益。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中水冷套的放大剖视示意图；

图3为水冷套的结构示意图；

图4为图3中水冷套的后视图；

图5为氩气管和水冷套的位置关系示意图；

图6为单晶炉的结构示意图；

附图标记说明：

1-出水管；101-第一竖管；102-水平管；103-第二竖管；2-氩气管；3-进水管；4-水冷套；5-晶棒；6-排气孔；7-进水口；8-循环水路；9-出水口；10-保温套；11-炉体；12-坩埚。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-5所示，一种真空炉内复合冷却提速成晶设备，包括支撑架、水冷套4和氩气管2，所述支撑架设有两个，分别固定于水冷套4上端相对的两端边缘，水冷套4呈锥形筒状，水冷套4内设有循环水路8，水冷套4的上端面设有循环水路8的进水口7和出水口9，分别连通进水管3和出水管1，进水管3和出水管1分别内置于两个支撑架内，氩气管2内置于设有进水管3的支撑架内，并贯穿于水冷套4内，氩气管2在水冷套4内缠绕若干圈，并焊接于水冷套4内壁，水冷套4内壁上在紧贴氩气管2的位置开有若干排气孔6，排气孔6连通于氩气管2，排气孔6朝向水冷套4中心轴线的方向，也就是晶棒5的方向。

所述氩气管2在水冷套4内缠绕两圈，其中一圈位于水冷套4的最底层，另一圈位于水冷套4靠近中间的一层。

两个支撑架均为折弯式结构，包括依次连接的第一竖管101、水平管102和第二竖管103，第二竖管103连接水冷套4。

如图6所示，一种包括上述的真空炉内复合冷却提速成晶设备的单晶炉，包括炉体11、坩埚12和保温套10，所述水冷套4设于坩埚12上方，保温套10包裹于水冷套4外围，支撑架贯穿于炉体11上端的炉盖。

本发明创造属于太阳能光伏设备重要装置，用于单晶结晶及提高冷却速度的多重复合冷却设备，在晶棒5刚成形后进行快速冷却，提高成晶的品质，提升产量。

本发明首次利用水气并存的冷却方式，并且纯度极高的带低温的氩气直接对成晶的棒材进行保护，对提高品质非常有利。本身由于冷循环的冷却水把成晶的热量带走一大部分，而且在冷却水中通过的高纯度氩气对晶棒进行低温风冷，成晶纯度更好，提高晶棒的成品生成速度。因为高纯度氩气在冷却水中通过，不同于在真空炉顶部的进气保护，当气体到达底部时，过去的也是热气，而且杂质也多，产品纯度大大受影响，而采用冷却水管与氩气进气管并存的方案，进入的氩气不受空间温度及杂质的影响，直接对成品的源头进行高纯度保护及低温度的风冷降温，对提高产量非常关键。

另外一个发明了在锥形水冷套4底部及中部环绕一周的排气孔6，可进行均匀的氩气保护及降温作用，保证了产品的平均温度及纯度，并且进入底部的氩气，在进气口管路中安装有一流量(气体)控制器，可灵活调节进气的流量，提高成形速度及品质。还可再安装一个时间继电器来安排进气时间，不用等在成晶后，提升过程中进行空冷降温，避免干扰成品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种真空炉内复合冷却提速成晶设备，其特征在于：包括支撑架、水冷套(4)和氩气管(2)，所述支撑架设有两个，分别固定于水冷套(4)上端相对的两端边缘，水冷套(4)呈锥形筒状，水冷套(4)内设有循环水路(8)，水冷套(4)的上端面设有循环水路(8)的进水口(7)和出水口(9)，分别连通进水管(3)和出水管(1)，进水管(3)和出水管(1)分别内置于两个支撑架内，氩气管(2)内置于设有进水管(3)的支撑架内，并贯穿于水冷套(4)内，氩气管(2)在水冷套(4)内缠绕若干圈，并焊接于水冷套(4)内壁，水冷套(4)内壁上在紧贴氩气管(2)的位置开有若干排气孔(6)，排气孔(6)连通于氩气管(2)，排气孔(6)朝向水冷套(4)中心轴线的方向。

2.根据权利要求1所述的真空炉内复合冷却提速成晶设备，其特征在于：所述氩气管(2)在水冷套(4)内缠绕两圈，其中一圈位于水冷套(4)的最底层，另一圈位于水冷套(4)靠近中间的一层。

3.根据权利要求2所述的真空炉内复合冷却提速成晶设备，其特征在于：两个支撑架均为折弯式结构，包括依次连接的第一竖管(101)、水平管(102)和第二竖管(103)，第二竖管(103)连接水冷套(4)。

4.一种包括权利要求1-3任一项所述的真空炉内复合冷却提速成晶设备的单晶炉，其特征在于：包括炉体(11)、坩埚(12)和保温套(10)，所述水冷套(4)设于坩埚(12)上方，保温套(10)包裹于水冷套(4)外围，支撑架贯穿于炉体(11)上端的炉盖。