CN109505006B - 一种水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水平提拉硅带成型设备技术领域，具体涉及一种水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法。本发明的用于水平提拉硅带成型设备的入料装置能够根据入料要求，通过质量传感器、闭合开关、传送带速度以及运动状态的控制将定量的硅料送入炉内坩埚，并通过气体置换的方法防止空气进入炉内，由此满足硅料的连续无污染的熔化要求。

Description

一种水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法
技术领域
本发明涉及水平提拉硅带成型设备技术领域，具体涉及一种水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法。
背景技术
硅片是晶硅太阳能电池的重要组成部件。在传统的硅片的制造过程中，都是现将硅料融化成锭状，比如直拉(Czochralski)单晶硅锭或定向凝固多晶硅锭，然后采用线切割的工艺将硅锭切割成片状。线切割硅锭的过程，由于切割线有一定的直径，会造成至少50％硅料的浪费，并且对硅片的表面有一定磨损。
硅带工艺的发展，有效避免了传统硅片制造线切割过程造成的硅料的浪费，硅带的工艺按照提拉方式可以分为竖直提拉和水平提拉。竖直提拉方法主要有线带技术(String Ribbon)【1】Hanoka J I.An overview of silicon ribbon growth technology[J].Solar energy materials and solar cells,2001,65(1):231-237.定边喂膜带硅技术(EFG)【2】Ciszek T F.Edge-defined,film-fed growth(EFG)of silicon ribbons[J].Materials Research Bulletin,1972,7(8):731-737.【3】Ciszek T F.Melt growth ofcrystalline silicon tubes by a capillary action shaping technique[J].physicastatus solidi(a),1975,32(2):521-527.等。
水平提拉硅带成型(HRG)的方法相对与垂直提拉硅带的方法有两个优势，第一直接从融体表面将硅带拉出，不与坩埚直接接触，杂质含量低，有望提拉出单晶硅片；第二提拉方向与换热方向垂直，可以获得更高的生长速率。但水平提拉硅带成型(HRG)过程很难控制，以及硅料的连续生长问题难以得到解决，采用水平提拉硅带成型(HRG)生长的硅片目前还没能商用化。
有鉴于此，需要提供一种连续定量并且无空气带入炉内用于水平提拉硅带成型设备的一种入料装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够连续输送硅料并且防止空气进入炉内的用于水平提拉硅带成型用连续加料装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，入料装置包括进料漏斗；进料漏斗底部包括吸合开关以及挡板；进料料漏斗下方设有传动装置，传动装置包括传送带、主动轮、从动轮、联轴器以及电机；传送带下方有一个质量传感器，质量传感器用于计算和测量单位时间内通过质量传感器的待融硅料的重量；传送带将硅料送入入料管，入料管从上至下由第一入料管、第二入料管和第三入料管三段组成，第一入料管与第二入料管之间用第一球阀连接，第二入料管与第三入料管之间用第二球阀连接；第一入料管位于传送带出口下方；第二入料管上开有两个气体管道，一个进气气体管道，一个出气气体管道，进气气体管道上安装第三球阀和气体流量计，出气气体管道上安装第四球阀；第三入料管伸入水平提拉炉内部，位于坩埚上部。该水平提拉硅带成型设备的入料装置通过质量传感器的设置，严格控制皮带传输速率，将需要融化的硅料定量运输到第一入料管，等硅料进入第二入料管后，关闭第一球阀，此时第二球阀也是关闭状态，对第二入料管通入惰性气体，将管内的空气排除，起到气体置换作用，防止空气进入炉内与硅反应，等空气排除干净，将第二球阀打开，硅料直接通过第三入料管流入坩埚内。
所述电机通过联轴器与主动轮连接；传送带两端分别安装在主动轮和从动轮上。
优选地，当质量控制器达到设定值时，所述的质量传感器会发出信号给控制器，所述控制器会根据信号闭合所述吸合开关。
优选地，所述传送带的运动状态受所述质量传感器以及所述吸合开关的信号控制，当所述吸合开关处于闭合状态时，所述传送带以一定速度v运动，当所述吸合开关处于打开状态时，所述传送带停止运动，所述传送带的运动时间t1的计算公式为：
Figure BDA0001919571010000021
其中r1、r2分别为所述主动轮和所述从动轮的半径，l为所述传送带的水平长度，v为所述传送带的速度。所述传送带的静止时间t2根据入料时间周期而定，一般为1～5min。
优选地，所述第一入料管顶端位于所述传送带出口正下方，所述第一入料管下端与第一球阀上端相连，所述第一球阀下端与所述第二入料管相连，所述第二入料管下端与第二球阀上端相连，所述第二球阀下端与第三入料管上端相连，所述第三入料管下端位于水平提拉炉内部，位于所述坩埚之上5-20mm距离处。
优选地，所述入料管为耐1450℃高温的材料，所述材料不与硅发生反应即可；例如刚玉材料。
优选地，所述第二入料管设有进气气体管道和出气气体管道，所述进气气体管道与第三球阀和气体流量计连接，所述出气气体管道与第四球阀连接。
优选地，所述入料管的一端或两端通过螺纹与球阀匹配安装。
此外，本发明还提供一种用于水平提拉硅带成型设备的入料装置的入料方法包括：
a、提供待融硅料；
b、每次定量将硅料送入炉中坩埚，通过质量传感器和控制器控制的吸合开关以及控制器控制的传送带的速度来实现；所述步骤b包括，使用质量传感器称量每次进料的质量；根据所述质量传感器称量的质量是否达到预设值，控制器根据所述质量传感器的信号来控制所述吸合开关的状态以及控制所述传送带的运动状态：当进料质量没达到预设值时，所述吸合开关一直保持打开状态，所述传送带处于静止状态，硅料从所述进料漏斗落入所述传送带上；当所述传送带上硅料达到所述质量传感器的预设值时，所述吸合开关闭合，传送带开始运动，将硅料输送到所述入料管中。
c.所述入料管内气体置换步骤包括：硅料进入所述第一入料管后，打开所述第一入进料管下方的第一球阀，将硅料放至所述第二入料管中，此时所述两个球阀都是关闭状态；打开所述第二入料管上部进气气体管道的第三球阀，调节所述气体流量计，通入气体，所述气体为不与硅反应的惰性气体或是氢气；打开所述第二入料管下方位置的出气气体管道上的第四球阀，1min后，关闭所述进气气体管道的第三球阀，将气体流量计数值调到最小；关闭所述出气气体管道上的第四球阀。气体置换完毕后，打开所述第二入料管下端的第二球阀，硅料进入炉壳内的坩埚内。
通过上述技术方案，本发明的用于水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法能够根据入料要求，通过质量传感器、闭合开关、传送带速度以及运动状态的控制将定量的硅料送入炉内坩埚，并通过气体置换的方法防止空气进入炉内，由此满足硅料的连续无污染的融化要求。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1是根据本发明的具体实施方式的用于水平硅带成型设备的入料装置示意图。
图2是图1中的入料装置的质量传感器放大视图。
图3是图1中的入料装置的漏斗内部的吸合开关及挡板放大视图。
附图标记说明
1、炉壳，2、坩埚，3、第二球阀，4、出气气体管道，5、进气气体管道，6、第一球阀，7、第三入料管，8、第二入料管，9、第一入料管，10、传送带，11、从动轮，12、主动轮，13、电机，14、进料漏斗，15、质量传感器，16、挡板，17、吸合开关，18、联轴器，20、第三球阀，21、第四球阀，22、气体流量计。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但下列实施例只是用来详细说明本发明的实施方式，并不以任何方式限制本发明。
本发明公开了一种水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法，入料装置包括进料漏斗14；进料漏斗14底部包括吸合开关17以及挡板16；进料漏斗14下方设有传动装置，传动装置包括传送带10、主动轮12、从动轮11、联轴器18以及电机13；传送带10下方有一个质量传感器15，质量传感器15用于计算和测量单位时间内通过质量传感器15的待融硅料的重量；传送带10将硅料送入入料管，入料管从上至下由第一入料管9、第二入料管8和第三入料管7三段组成，第一入料管9与第二入料管8之间用第一球阀6连接，第二入料管8与第三入料管7之间用第二球阀3连接；第一入料管9位于传送带10出口下方；第二入料管8上设有进气气体管道5和出气气体管道4，进气气体管道5与第三球阀20连接，进气气体管道19与气体流量计22连接；出气气体管道4与第四球阀21连接；第三入料管7伸入水平提拉炉1内部，位于坩埚2上部。该水平提拉硅带成型设备的入料装置通过质量传感器15的设置，严格控制传送带10传输速率，将需要融化的硅料定量运输到第一入料管9，等硅料进入第二入料管8后，关闭第一球阀6，此时第二球阀3也是关闭状态，对第二入料管8通入惰性气体，将管内的空气排除，起到气体置换作用，防止空气进入炉内与硅反应，等空气排除干净，将第二球阀3打开，硅料直接通过第三入料管7流入坩埚2内。
需要说明的是，漏斗14的具体形状，硅料的传递方式，本实例采用传送带10，质量传感器15的具体类型，入料管7的材料，闭合开关17的选择，气体管道的置换空气作用，这些均属于本发明的技术构思范围之内。
通过上述技术方案，本发明的用于水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法能够根据入料要求，通过质量传感器、闭合开关、传送带速度以及运动状态的控制将定量的硅料送入炉内坩埚，并通过气体置换的方法防止空气进入炉内，由此满足硅料的连续无污染的融化要求。
在本发明的入料装置中，具体地，所述传送带10的运动状态受所述质量传感器15以及所述吸合开关17的信号控制，当所述吸合开17关处于吸合状态时，所述传送带10以一定速度v运动，当所述吸合开关17处于打开状态时，所述传送带10动停止运动，所述传送带的运动时间t1的计算公式为：
Figure BDA0001919571010000051
其中r1、r2分别为所述带主动轮12和所述从动轮11的半径，l为所述传送带的水平长度，v为所述传送带的速度。所述传送带的静止时间t2根据具体情况而定，一般5～10s。
在本发明的入料装置中，具体地，所述第一入料管9上端位于所述从动轮11正下方，所述第一入料管9下端与第一球阀上端6相连，所述第一球阀6下端与所述第二入料管8相连，所述第二入料管下端8与第二球阀上端3相连，所述第二球阀3下端与第三入料管7上端相连，所述第三入料管7下端位于水平提拉炉炉壳1内部，在所述坩埚2之上5-20mm处。
在本发明的入料装置中，更具体地，所述第二入料管8包括进气气体管道5，所述进气气体管道5与第三球阀20连接，进气气体管道5与气体流量计22连接；出气气体管道4与第四球阀21连接。
此外，本发明进一步提供一种用于水平提拉硅带成型设备的入料方法，所述入料方法包括：a、提供待融硅料；b、每次定量将硅料送入炉中坩埚2，通过所述质量传感器15和所述控制器控制的吸合开关17以及所述控制器控制的传送带10的速度来实现；所述步骤b包括，使用所述质量传感器15称量每次进料的质量；根据所述质量传感器15称量的质量是否达到预设值；控制器根据所述质量传感器15的信号来控制所述吸合开关17的状态以及控制所述传送带10的运动状态。
所述入料管内气体置换步骤包括：硅料进入所述第一入料管6后，打开所述第一入料管下方的第一球阀6，将硅料放至所述第二入料管8内，此时所述第一球阀6和第二球阀3都是关闭状态；打开所述第二入料管8上部进气气体管道5的第三球阀20，调节所述气体流量计22，通入一定量的气体，所述气体为不与硅反应的惰性气体或是氢气，打开所述第二入料管8下部出气气体管道4相连的第四球阀21，一段时间后，将第三球阀20和第四球阀21关闭。气体置换完毕后，打开所述第二入料管8下端的第二球阀3，硅料通过第三入料管7进入炉内的埚内2。
采用此发明的用于水平提拉硅带成型设备的入料装置及其入料方法能够根据入料要求，通过质量传感器、吸合开关、传送带速度以及运动状态的控制将定量的硅料送入炉内坩埚，并通过气体置换的方法防止空气进入炉内，由此满足硅料的连续无污染的融化要求。
上面结合附图和实施例对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，这些简单变形均属于本发明的保护范围。
具体实施例：
如图1所示的入料装置示意图，要求每5min将500g硅料加入坩埚。其步骤为先将1000g硅料放入漏斗中，吸合开关打开，硅料从漏斗进入传送带，传送带正下方的质量传感器实时显示硅料质量，当质量传感器显示值达到预设值500g时，吸合开关闭合；传送带开始运动，质量传感器随着传送带一起运动，传送带运动速度v＝1m/min，传送带的运送距离L＝1m；1min后传送带将硅料送到第一入料管，2min后质量传感器回到漏斗口正下方，此时传动带停止运动，静止2min；硅料进入第一入料管后，打开第一球阀，5s后，500g硅料全部进入第二入料管，关闭第一球阀；打开进气气体管上的第三球阀，调节气体流量计到1L/min，打开出气气体管上的第四球阀，通气1min；先关闭出气气体管上的第四球阀，再关闭进气气体管上的第三球阀，并把气体流量计数值调到0；打开第二球阀，硅料通过第三入料管进入炉内坩埚。

Claims (8)

1.一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述入料装置包括进料漏斗；进料漏斗底部包括吸合开关以及挡板；进料料漏斗下方设有传动装置，传动装置包括传送带、主动轮、从动轮、联轴器以及电机；传送带下方有一个质量传感器，质量传感器用于计算和测量单位时间内通过质量传感器的待融硅料的重量；传送带将硅料送入入料管，入料管从上至下由第一入料管、第二入料管和第三入料管三段组成，第一入料管与第二入料管之间用第一球阀连接，第二入料管与第三入料管之间用第二球阀连接；第一入料管位于传送带出口下方；第二入料管上开有两个气体管道，一个进气气体管道，一个出气气体管道，进气气体管道上安装第三球阀和气体流量计，出气气体管道上安装第四球阀；第三入料管伸入水平提拉炉内部，位于坩埚上部；该水平提拉硅带成型设备的入料装置通过质量传感器的设置，严格控制传送带传输速率，将需要融化的硅料定量运输到第一入料管，等硅料进入第二入料管后，关闭第一球阀，此时第二球阀也是关闭状态，对第二入料管通入惰性气体，将管内的空气排除，起到气体置换作用，防止空气进入炉内与硅反应，等空气排除干净，将第二球阀打开，硅料直接通过第三入料管流入坩埚内。
2.如权利要求1所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述电机通过联轴器与主动轮连接；传送带两端分别安装在主动轮和从动轮上。
3.如权利要求1所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述传送 带的运动状态受所述质量传感器以及所述吸合开关的信号控制，当所述吸合开关处于闭合 状态时，所述传送带以一定速度v运动，当所述吸合开关处于打开状态时，所述传送带停止 运动，所述传送带的运动时间t1的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其中r1、r2分别 为所述主动轮和所述从动轮的半径，l为所述传送带的水平长度，v为所述传送带的速度；所 述传送带的静止时间t2根据入料时间周期而定，为1~5min。
4.如权利要求1所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述第一入料管顶端位于所述传送带出口正下方，所述第一入料管下端与第一球阀上端相连，所述第一球阀下端与所述第二入料管相连，所述第二入料管下端与第二球阀上端相连，所述第二球阀下端与第三入料管上端相连，所述第三入料管下端位于水平提拉炉内部，位于所述坩埚之上5-20mm距离处。
5.如权利要求1所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述入料管为耐1450℃高温的材料，所述材料不与硅发生反应即可。
6.如权利要求5所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述入料管的材料为刚玉。
7.如权利要求1所述的一种水平提拉硅带成型设备的入料装置，其特征在于，所述入料管的一端或两端通过螺纹与球阀匹配安装。
8.使用如权利要求1所述水平提拉硅带成型设备的入料装置进行入料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
a.提供待融硅料；
b.通过质量传感器和控制器控制的吸合开关以及控制器控制的传送带的速度来实现定量将硅料送入炉中坩埚中；具体为：使用质量传感器称量每次进料的质量；根据所述质量传感器称量的质量是否达到预设值，控制器根据所述质量传感器的信号来控制所述吸合开关的状态以及控制所述传送带的运动状态：当进料质量没达到预设值时，所述吸合开关一直保持打开状态，所述传送带处于静止状态，硅料从所述进料漏斗落入所述传送带上；当所述传送带上硅料达到所述质量传感器的预设值时，所述吸合开关闭合，传送带开始运动，将硅料输送到所述入料管中；
c.在进料管内进行气体置换，步骤包括：硅料进入所述第一入料管后，打开所述第一入进料管下方的第一球阀，将硅料放至所述第二入料管中，此时所述第一球阀和第二球阀都是关闭状态；打开所述第二入料管上部进气气体管道的第三球阀，调节所述气体流量计，通入气体，所述气体为不与硅反应的惰性气体或是氢气；打开所述第二入料管下方位置的出气气体管道上的第四球阀，1min后，关闭所述进气气体管道的第三球阀，将气体流量计数值调到最小；关闭所述出气气体管道上的第四球阀；气体置换完毕后，打开所述第二入料管下端的第二球阀，硅料进入炉壳内的坩埚内。
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