CN110438559B - 一种单晶炉用可变径导流筒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单晶炉用可变径导流筒，包括热屏外胆、热屏内胆和保温材料，热屏外胆包括一体设置的上热屏和下热屏；下热屏的底端设有搭接台；搭接台的最小内径大于待拉制的最大晶体尺寸；热屏内胆包括碳碳上环和石墨环；碳碳上环为倒锥形圆台，其长度不小于上热屏的竖向长度；石墨环包括从上至下依次一体设置的空心的倒锥形圆台一和空心的倒锥形圆台二；倒锥形圆台一顶端与碳碳上环底端相贴合接触或卡接；倒锥形圆台二底部设置有搭接部，搭接放置在下热屏的搭接台上。本申请只需根据待拉制晶体尺寸的大小，直接更换对应规格的石墨环即可，从而使得一套导流筒适应多种规格型号的晶体尺寸拉制，节省成本，且不会改变拉制工艺，拉制晶体的质量一致性好。
Description
技术领域
本发明涉及光伏制造行业，特别是一种单晶炉用可变径导流筒。
背景技术
现在的单晶炉，其炉型和热场的常规尺寸均在8.5寸左右。然而，随着光伏行业平价上网大幕开启， 大尺寸单晶产品的迭代创新速度不断加快，光伏制造行业整体都感受到了市场的新变化。
在产业迈向竞价无补贴的新形势下，愈发凸显出大尺寸产品的价值。
"从产线兼容性、市场需求和产品可靠性来看，大硅片将是2019年主要的发展路线之一。"大尺寸硅片最大的优势是在几乎不增加制造成本、不明显改变组件面积的前提下，提高了产品功率，从而使单瓦成本更低。"单块组件将获得更高功率，可有效降低成本，促进度电成本的进一步下降。未来大尺寸电池会继续发展，成为主流电池尺寸。2019年是166尺寸发展的元年，预计2020年大尺寸产品将会占据市场50%份额，M2尺寸电池将会在2年~3年内退出历史舞台。大尺寸电池可以加速度电成本下降，以166mm×166mm电池为例，在目前工艺水平基础上，用22.50%转换效率计算，单片电池功率达到6.06瓦，相比156.75尺寸电池功率增加113%以上，用大尺寸电池来降低度电成本将是最佳选择。
在日趋激烈的竞争中，如何制造出成本更低、组件输出功率更高的大尺寸产品越来越受到市场青睐。因而，炉型和热场均也需往着大尺寸进行发展，如拉制9寸或10寸的晶体。
热场中，导流筒则是影响拉晶尺寸、拉速和工艺的重要部件，因而对其结构设计，有着较为严格的定义。拉制小尺寸晶体和拉制大尺寸晶体需采用不同规格型号的导流筒。当拉制大尺寸晶体，例如9寸、10寸的晶体，需要更换内径比较大的导流筒，因而造成成本增加，因导流筒尺寸变化，导致工艺变化幅度较大，影响拉晶质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种单晶炉用可变径导流筒，该单晶炉用可变径导流筒只需根据待拉制晶体尺寸的大小，直接更换对应规格的石墨环即可，从而使得一套导流筒适应多种规格型号的晶体尺寸拉制，节省成本，且不会改变拉制工艺， 拉制晶体的质量一致性好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种单晶炉用可变径导流筒，包括热屏外胆、热屏内胆和保温材料，保温材料填充在热屏外胆和热屏内胆之间。
热屏外胆的材质为碳碳材料，包括一体设置的上热屏和下热屏；上热屏竖向设置，顶端具有横向法兰，下热屏的截面呈弧形，下热屏的底端设置有搭接台；搭接台的最小内径大于待拉制的最大晶体尺寸。
热屏内胆包括碳碳上环和石墨环。
碳碳上环采用碳碳材料制成，且为空心的倒锥形圆台，其顶部外缘设置有水平的法兰盘，且法兰盘搭接在横向法兰上；碳碳上环的长度不小于上热屏的竖向长度。
石墨环采用石墨材料制成，包括从上至下依次一体设置的空心的倒锥形圆台一和空心的倒锥形圆台二；倒锥形圆台一顶端与碳碳上环底端相贴合接触或卡接；倒锥形圆台二底部设置有搭接部，该搭接部搭接放置在下热屏的搭接台上；通过更换不同规格型号的石墨环，使得倒锥形圆台二的最小内径与待拉制的晶体尺寸相对应。
搭接台和搭接部的截面均呈弧形或锥形。
对于不同规格型号的石墨环，倒锥形圆台一的锥形母线的倾角保持不变，倒锥形圆台一的厚度保持不变，通过改变倒锥形圆台二的厚度以及倒锥形圆台二中锥形母线与竖直线之间的夹角大小，调整倒锥形圆台二的最小内径尺寸。
倒锥形圆台一的锥形母线与竖直线之间的夹角大于碳碳上环中锥形母线与竖直线之间的夹角。
倒锥形圆台二的最小内径尺寸范围为8-11寸。
本发明具有如下有益效果：
1、碳碳上环位置固定，每次不需要更换，因而导流筒外形变化幅度不大，不会影响氩气气流的流方，进而不会影响拉晶工艺，保证单晶质量的一致性好。也即保证现有常规稳定工艺下，不会对单晶品质造成影响，不影响单晶生产速率，不影响加热器功率，对导流筒改组合结构进行合理化的设计。
2、热屏内胆采用碳碳上环和石墨环的组合，其中，碳碳材质占90%以上，由于碳碳材的
的导热系数小于石墨，因而导流筒的整体保温性较强，内壁温度会在原来的基础上升高，一氧化硅会减少沉积，少部分沉积也因碳碳上环的表面比较粗糙，也不易掉落到熔硅里。
附图说明
图1显示了本发明一种单晶炉用可变径导流筒用于小尺寸晶体拉制时的结构示意图。
图2显示了本发明一种单晶炉用可变径导流筒用于大尺寸晶体拉制时的结构示意图。
其中有：
10.热屏外胆；11.上热屏；12.下热屏；
2.热屏内胆；
21.碳碳上环；22.石墨环；221.倒锥形圆台一；222.倒锥形圆台二；223.搭接部；
3.保温材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，一种单晶炉用可变径导流筒，包括热屏外胆10、热屏内胆20和保温材料30，保温材料填充在热屏外胆和热屏内胆之间。
热屏外胆的材质为碳碳材料。
热屏外胆包括一体设置的上热屏11和下热屏12。
上热屏竖向设置，顶端具有横向法兰，下热屏的截面呈弧形，下热屏的底端设置有搭接台；搭接台的最小内径大于待拉制的最大晶体尺寸，如大于10寸等。
热屏内胆包括碳碳上环21和石墨环22。
碳碳上环采用碳碳材料制成，石墨环采用石墨材料制成。
碳碳上环为空心的倒锥形圆台，其顶部外缘设置有水平的法兰盘，且法兰盘搭接在横向法兰上。
碳碳上环的长度不小于上热屏的竖向长度，碳碳上环的长度优选不小于热屏内胆整体周长的90%。碳碳上环的表面为粗糙表面。
这样设置的好处主要由如下两个方面：
1、碳碳上环位置固定，每次不需要更换，因而导流筒外形变化幅度不大，不会影响氩气气流的流方，进而不会影响拉晶工艺，保证单晶质量的一致性好。
2、热屏内胆采用碳碳上环和石墨环的组合，其中，碳碳材质占90%以上，由于碳碳材的
的导热系数小于石墨，因而导流筒的整体保温性较强，内壁温度会在原来的基础上升高，一氧化硅会减少沉积，少部分沉积也因碳碳上环的表面比较粗糙，也不易掉落到熔硅里。
石墨环包括从上至下依次一体设置的空心的倒锥形圆台一221和空心的倒锥形圆台二222；倒锥形圆台一顶端与碳碳上环底端相贴合接触或卡接；倒锥形圆台二底部设置有搭接部223，该搭接部搭接放置在下热屏的搭接台上。
搭接台和搭接部的截面均优选呈弧形或锥形等，但也可以为凹槽等。
上述倒锥形圆台一的锥形母线与竖直线之间的夹角优选大于碳碳上环中锥形母线与竖直线之间的夹角。
倒锥形圆台一的壁厚优选与碳碳上环的壁厚相同。
通过更换不同规格型号的石墨环，使得倒锥形圆台二的最小内径与待拉制的晶体尺寸相对应。对于不同规格型号的石墨环，倒锥形圆台一的锥形母线的倾角保持不变，倒锥形圆台一的厚度保持不变，通过改变倒锥形圆台二的壁厚度以及倒锥形圆台二中锥形母线与竖直线之间的夹角大小，调整倒锥形圆台二的最小内径尺寸。倒锥形圆台二的最小内径尺寸范围优选为8-11寸。
在图1中，石墨环为小内径石墨环，倒锥形圆台二的最小内径尺寸优选为291.5mm，此时，倒锥形圆台二的厚度较厚，倒锥形圆台二中锥形母线与竖直线之间的夹角较大，优选用于拉制9寸以下单晶使用。在图2中，石墨环为大内径石墨环，倒锥形圆台二的最小内径尺寸优选为310.8mm，此时，倒锥形圆台二的厚度较薄，倒锥形圆台二中锥形母线与竖直线之间的夹角小，两者基本重合，优选用于拉制9寸、10寸单晶。
另外，热屏内胆采用碳碳上环和石墨环的设置，不影响晶体生长时的固液界面的温度，有利于降低晶体内的热应力和获得均匀的溶质分凝，由于热屏外表面和石英坩埚内壁面由下而上形成一定锥度，氩气流量呈渐缩趋势。
硅料与石英坩埚反应会产生一氧化硅，并可能在热屏内胆上进行沉积。如热屏内胆沉积一氧化硅相当于产生悬挂的杂质，运行时间长了会掉入熔硅内，进而导致断棱，单晶会变成多晶，拉制失败。
本发明中，热屏外胆和热屏内胆组合式的设计，有利于将硅熔体表面蒸发出的一氧化硅更快的带走，减少一氧化硅在导流筒内胆部分的沉积，由于流道开口（倒锥形圆台二的最小内径尺寸相对应的开口）面积减少，一氧化硅重新落入熔体的概率也减少。
热屏内胆中石墨环的内径可根据实际拉晶情况，随意变化内径，通过实际验证可增加晶体的轴向温度梯度，而熔体的轴向温度梯度基本不变，因此拉速可以提高，通过变径，氩气离开熔体自由表面的流速增大，因而降低了一氧化硅在壁面沉积并落入熔体的概率，熔体自由表面温度稍有升高，可以有效避免熔体过冷，晶体中的热应力降低，因此结晶速率可提高，不增加发生宏观位错的概率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在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等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种单晶炉用可变径导流筒，其特征在于：包括热屏外胆、热屏内胆和保温材料，保温材料填充在热屏外胆和热屏内胆之间；
热屏外胆的材质为碳碳材料，包括一体设置的上热屏和下热屏；上热屏竖向设置，顶端具有横向法兰，下热屏的截面呈弧形，下热屏的底端设置有搭接台；搭接台的最小内径大于待拉制的最大晶体尺寸；
热屏内胆包括碳碳上环和石墨环；
碳碳上环采用碳碳材料制成，且为空心的倒锥形圆台，其顶部外缘设置有水平的法兰盘，且法兰盘搭接在横向法兰上；碳碳上环的长度不小于上热屏的竖向长度；
石墨环采用石墨材料制成，包括从上至下依次一体设置的空心的倒锥形圆台一和空心的倒锥形圆台二；倒锥形圆台一顶端与碳碳上环底端相贴合接触或卡接；倒锥形圆台二底部设置有搭接部，该搭接部搭接放置在下热屏的搭接台上；通过更换不同规格型号的石墨环，使得倒锥形圆台二的最小内径与待拉制的晶体尺寸相对应；
对于不同规格型号的石墨环，倒锥形圆台一的锥形母线的倾角保持不变，倒锥形圆台一的厚度保持不变，通过改变倒锥形圆台二的厚度以及倒锥形圆台二中锥形母线与竖直线之间的夹角大小，调整倒锥形圆台二的最小内径尺寸；
倒锥形圆台二的最小内径尺寸范围为8-11寸。
2.根据权利要求1所述的单晶炉用可变径导流筒，其特征在于：搭接台和搭接部的截面均呈弧形或锥形。
3.根据权利要求1所述的单晶炉用可变径导流筒，其特征在于：倒锥形圆台一的锥形母线与竖直线之间的夹角大于碳碳上环中锥形母线与竖直线之间的夹角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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