CN114934313A - 一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场 - Google Patents

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CN114934313A CN202210492609.XA CN202210492609A CN114934313A CN 114934313 A CN114934313 A CN 114934313A CN 202210492609 A CN202210492609 A CN 202210492609A CN 114934313 A CN114934313 A CN 114934313A
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Abstract

一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其中，保温固毡环设在保温中筒的外周，顶部保温部连接在保温中筒的顶部和保温中筒的顶部；顶部保温部开设有第一通道和第二通道，热屏在第一通道中上下运动，带动固毡保温板在第二通道中上下运动；保温中筒的周壁开设有第二通孔，保温固毡的周壁开设有与第二通孔同轴的第三通孔，保温固毡的周壁开设有容纳腔，第三通孔连通容纳腔，固毡保温板向下运动容纳在容纳腔中封闭第三通孔。该热场在拉晶过程中可增加保温性，可降低等径过程中的拉晶功耗和气流紊乱，降低炉外加料热场的等径断线率，减少单晶硅生产成本，解决现有技术中炉外加料后拉晶功率上升与拉晶气流紊乱导致等径断线的技术问题。

Description

一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场
技术领域
本发明涉及太阳能光伏行业中的硅芯生长技术领域，具体涉及一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场。
背景技术
直拉法生长单晶硅是目前单晶硅生产最广泛的应用技术，在生产单晶硅的过程中，需要定期向单晶炉内加入硅料，以满足拉晶过程中的需要。
在目前的单晶硅生产中，目前普遍使用的是炉内加料，但是炉内加料的加料效率低，单位产出也低，近年来，炉外加料逐步兴起，然而，由于炉外加料的单晶炉一定会外设有加料口，以使得加料装置通过该加料口往单晶炉中加入硅料，但是加料口的设置和保温的结构设计简陋，都容易造成单晶炉内的热量从加料口散失，保温效果差，进而影响拉晶过程的顺利进行，降低拉晶的效率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，在拉晶过程中可增加保温性，可降低等径过程中的拉晶功耗和气流紊乱，降低炉外加料热场的等径断线率，减少单晶硅生产成本，解决现有技术中炉外加料后，加料口裸漏、保温结构简陋导致拉晶功率上升与拉晶气流紊乱导致等径断线的技术问题。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其包括单晶炉，其包括外炉和内炉，所述内炉设置在所述外炉内，所述外炉的周壁上开设有第一通孔，所述内炉包括热屏、保温筒、加热器和坩埚；所述热屏可在所述保温筒内上下运动，所述热屏外设有固毡保温板；所述保温筒包括顶部保温部、保温中筒、保温固毡、保温下筒和炉底保温座，所述保温固毡环设在所述保温中筒的外周，所述顶部保温部连接在所述保温中筒的顶部和所述保温中筒的顶部；所述顶部保温部开设有第一通道和第二通道，所述热屏在所述第一通道中上下运动，所述热屏带动所述固毡保温板在所述第二通道中上下运动；所述保温中筒的周壁开设有第二通孔，所述保温固毡的周壁开设有第三通孔，所述第二通孔与所述第三通孔同轴，所述保温固毡的周壁开设有容纳腔，所述第三通孔连通所述容纳腔，所述固毡保温板向下运动容纳在所述容纳腔中封闭所述第三通孔；所述保温下筒的上开口与所述保温中筒的下开口连通，所述保温下筒的下开口与所述炉底保温座密封连接，所述炉底保温座固定连接在所述外炉的内底壁；所述加热器设置在所述保温下筒的周向内壁，所述坩埚安装在所述所述炉底保温座上；输料装置，其设有硅料腔和输料管道，所述固毡保温板向上运动后，所述输料管道可穿过所述第一通孔、所述第二通孔与所述第三通孔，连通所述硅料腔和所述坩埚。
进一步地，所述内炉还包括水冷热屏系统，其包括进水管、冷却桶和出水管，所述冷却桶的周壁上环设有水腔，所述水腔连通所述进水管与所述出水管，晶棒穿过所述冷却桶的底部。
进一步地，所述热屏的顶板的两处分别与所述进水管、所述出水管连接。
进一步地，所述进水管包括连通的第一纵向管、第一横向管与第二纵向管，所述第二纵向管连通所述水腔，所述出水管包括连通的第三纵向管、第二横向管与第四纵向管，所述第四纵向管连通所述水腔；所述第一横向管设有第一挂片连接块，所述第二横向管设有第二挂片连接块，所述热屏的顶板的两处分别设有第一挂片连接轴和第二挂片连接轴；所述第一挂片连接轴通过第一挂片连接在第一挂片连接块上，所述第二挂片连接轴通过第二挂片连接在第二挂片连接块上。
进一步地，所述容纳腔设置为与所述保温固毡同轴心的圆弧容纳腔。
进一步地，所述固毡保温板为黏胶基固毡材质保温板。
进一步地，所述第三通孔由所述容纳腔隔开，内孔端的孔径大于外孔端的孔径。
进一步地，所述第三通孔的内孔端的的孔径为160mm，所述第二通孔的孔径为160mm。
进一步地，所述保温固毡的厚度为150mm。
进一步地，所述外炉自上而下包括炉盖、中炉筒、下炉筒和炉底，所述炉盖连接在所述中炉筒的上开口，所述中炉筒的下开口与所述下炉筒的上开口连接，所述下炉筒的下开口与所述炉底连接，所述炉底保温座固定连接在所述炉底上。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，
一方面，保温筒的结构设计巧妙，其包括顶部保温部、保温中筒、保温固毡、保温下筒和炉底保温座，保温筒自上而下的整体结构保证保温筒的保温效果，此外，保温固毡环设在保温中筒的外周，双层的保温，还防止采用软毡时碳钎维掉入熔硅中导致杂质污染；
另一方面，热屏外设有固毡保温板，固毡保温板随着热屏升降，再结合保温筒的结构设计，具体地，在输料装置往炉内加料过程中，热屏是提升起来的，也就是固毡保温板也随之提升，脱离保温固毡的周壁开设的容纳腔，打开第三通孔使得输料管道穿入炉内加料；加料完成后，热屏下降，固毡保温板同步降到容纳腔中，堵住第三通孔，起到保温作用；加料过程中，固毡保温板随热屏提升，不影响加料，加料完成后，固毡保温板随热屏下降到容纳腔中，堵住第三通孔，起到保温的作用，在拉晶过程中可增加保温性，降低功耗，降低等径断线率；
再一方面，固毡保温板随热屏下降到容纳腔中，堵住第三通孔，在坩埚升到第二通孔的高度位置后，避免氩气气流经过第二通孔与第三通孔处，导致气流紊乱，气流将碳纤维杂质带入熔硅内，所导致的吃渣断线问题，起到降低断线率的作用，对降低功耗，降低等径断线率，提升单产有很大帮助。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例中降低单晶硅等径生产过程断线率的热场的结构示意图；
图2为本发明实施例中单晶炉输料后的剖面结构示意图；
图3为本发明实施例中水冷热屏系统的结构示意图；
图4为本发明实施例中水冷热屏系统与热屏连接后的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例中保温固毡的结构示意图；
图6为本发明实施例中顶部保温部的结构示意图；
附图标号说明：
10-外炉、11-炉盖、12-中炉筒、121-第一通孔、13-下炉筒、14-炉底、20- 内炉、21-热屏、21a-底部开口、211-固毡保温板、212-第一挂片连接轴、213-第二挂片连接轴、22-保温筒、221-顶部保温部、221-1-第一通道、221-2-第二通道、222-保温中筒、222-1-第二通孔、223-保温固毡、223-1-第三通孔、223-2-容纳腔、 224-保温下筒、225-炉底保温座、23-加热器、24-坩埚、25-水冷热屏系统、251- 进水管、251-1-第一纵向管、251-2-第一横向管、251-2a-第一挂片连接块、251-3- 第二纵向管、252-冷却桶、252a-底部开口、252-1-冷却桶、253-出水管、253-1- 第三纵向管、253-2-第二横向管、253-2a-第二挂片连接块、253-3-第四纵向管、 30-输料装置、31-硅料腔、32-输料管道、40-晶棒
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1－图6，图1为本发明实施例中降低单晶硅等径生产过程断线率的热场的结构示意图，图2为本发明实施例中单晶炉输料后的剖面结构示意图，图3为本发明实施例中水冷热屏系统的结构示意图，图4为本发明实施例中水冷热屏系统与热屏连接后的剖面结构示意图，图5为本发明实施例中保温固毡的结构示意图，图6为本发明实施例中顶部保温部的结构示意图。
本实施例提供一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，如图1中所示，其包括左侧的单晶炉和右侧的输料装置30，输料装置30用于向单晶炉中加入硅料。
本实施例中，左侧的单晶炉包括外炉10和内炉20，内炉20设置在外炉10 内。
本实施例中，优选地，参见图1与图2，外炉10自上而下包括炉盖11、中炉筒12、下炉筒13和炉底14，具体地，炉盖11连接在中炉筒12的上开口，中炉筒12的下开口与下炉筒13的上开口连接，下炉筒13的下开口与炉底14 连接，形成安装容纳内炉20的外炉10；外炉10的分段式结构设置，便于内炉 20在其内的安装和便于外炉10的结构加工。
本实施例中，内炉20包括热屏21、保温筒22、加热器23和坩埚24。
参见图2，本实施例中的保温筒22包括顶部保温部221、保温中筒222、保温固毡223、保温下筒224和炉底保温座225，保温固毡223环设在保温中筒222 的外周，顶部保温部221连接在保温中筒222的顶部和保温中筒222的顶部。
进一步地，保温下筒224的上开口与保温中筒222的下开口连接，保温下筒224的下开口与炉底保温座225密封连接，炉底保温座225固定连接在外炉 10的内底壁，也就是炉底保温座225固定连接在炉底14；这样整个保温系统的结构紧凑，顶部、周壁、底部防止热量散失，保证保温效果，而且，再通过炉底保温座225将整个保温系统固定安装在外炉10的内底壁，结构设计巧妙。
本实施例中，进一步地，参见图2与图6，顶部保温部221开设有第一通道 221-1和第二通道221-2，热屏21在第一通道221中上下运动(可以是通过外置机构驱动热屏21上下运动)，热屏21外设有固毡保温板211，一般地，固毡保温板211通过碳碳螺纹杆连接在热屏21上，热屏21带动固毡保温板211在第二通道221-2中上下运动；具体地，热屏21在第一通道221中向下运动直到热屏21的顶板被第一通道221的上端阻挡，进一步地，还被保温中筒的上端阻挡，此时，就是热屏21向下安装到位。
本实施例中，优选地，固毡保温板211为黏胶基固毡材质保温板，保证保温效果。
本实施例中，保温中筒222的周壁开设有第二通孔222-1，保温固毡223的周壁对应地开设有第三通孔223-1，第二通孔222-1与第三通孔223-1同轴，保温固毡223的周壁开设有容纳腔223-2，第三通孔223连通容纳腔223-2，固毡保温板211随着热屏21向下运动时容纳在容纳腔223-2中以封闭第三通孔223。
本实施例中，优选地，保温固毡223所开设的第三通孔223-1由容纳腔223-2 隔开，也就是容纳腔223-2的设置将第三通孔223-1分成相连通的内孔端和外端孔，这样的分割结构，使得固毡保温板211进入容纳腔223-2时，增加热量散失的阻挡力；此外，内孔端的孔径大于外孔端的孔径，也就是轴向方向上的孔截面为圆台状，便于输料管道32的穿入。
本实施例中，优选地，容纳腔223-2设置为与保温固毡223同轴心的圆弧容纳腔，对应的固毡保温板211设置为圆弧保温板，也就是瓦片状，这样的结构设置，使得固毡保温板211顺利进入容纳腔223-2，更是使得保证固毡保温板211 的长度、容纳腔223-2的长度可以尽可能设置为较大，保证两者之间配合之后对热量散失的阻挡强度。
本实施例中，优选地，第三通孔223-1的内孔端的的孔径为160mm，第二通孔222-1的孔径为160mm，第一通孔121的孔径比第二通孔222-1的孔径大，合适的孔径设置，保证输料管道32顺利进入，更是保证输料的效率。
本实施例中，进一步地，保温固毡223的厚度为150mm，与第三通孔223-1 的孔径是相近的尺寸，也是最合适的尺寸设置，不能过小设置是为了保证保温固毡223的强度，不能多大设置是为了避免热量从通孔中散失。
本实施例中，加热器23设置在保温下筒224的周向内壁，坩埚24安装在炉底保温座225上。
本实施例中，输料装置30设有硅料腔31和输料管道32，固毡保温板211 向上运动脱离容纳腔223-2后，输料管道32可穿过第一通孔121、第二通孔222-1 与第三通孔223-1，连通硅料腔31和坩埚24，往坩埚24中加硅料。
本实施例中，一方面，保温筒22的结构设计巧妙，其包括顶部保温部221、保温中筒222、保温固毡223、保温下筒224和炉底保温座225，保温筒22自上而下的整体结构保证保温筒22内的保温效果，此外，保温固毡223环设在保温中筒222的外周，双层的保温，还防止采用软毡时碳钎维掉入熔硅中导致杂质污染。
另一方面，热屏21固定设有固毡保温板211，固毡保温板211随着热屏21 升降，再结合保温筒22的结构设计，具体地，在输料装置30往炉内加料过程中，热屏21是提升起来的，也就是固毡保温板211也随之提升，脱离保温固毡 223的周壁开设的容纳腔223-2，打开第三通孔223-1使得输料管道32穿入炉内加料；加料完成后，热屏21下降，固毡保温板211同步降到容纳腔223-2中，堵住第三通孔223-1，起到保温作用；加料过程中，固毡保温板211随热屏21 提升，不影响加料，加料完成后，固毡保温板211随热屏21下降到容纳腔223-2 中，堵住第三通孔223-1，起到保温的作用，在拉晶过程中可增加保温性，降低功耗，降低等径断线率。
再一方面，固毡保温板211随热屏21下降到容纳腔223-2中，堵住第三通孔223-1，在坩埚24升到第二通孔222-1的高度位置后，避免氩气气流经过第二通孔222-1与第三通孔223-1处，导致气流紊乱，气流将碳纤维杂质带入熔硅内，所导致的吃渣断线问题，起到降低断线率的作用，对降低功耗，降低等径断线率，提升单产有很大帮助。
本实施例中，参见图2-图4，进一步地，内炉20还包括水冷热屏系统25，其包括进水管251、冷却桶252和出水管253，冷却桶252的周壁上环设有水腔 252-1，水腔252-1连通进水管251与出水管253，晶棒40穿过冷却桶252的底部开口252a，再穿过热屏21的底部开口21a；水冷热屏系统25起冷却作用，拉出的晶棒40热量比较高，水冷热屏系统25把晶棒40产生的热量带出去。
本实施例中，参见图4，热屏21的顶板的两处分别与进水管251、出水管 253连接形成水冷热屏结构，进水管251、出水管253的外端连接驱动机构(比如电机)将水冷热屏结构提升和降下，结构设置巧妙，与此同时，热屏21外设的固毡保温板211连接在出水管253上。
本实施例中，具体地，继续参见图4，进水管251通入水，进水管251包括连通的第一纵向管251－1、第一横向管251－2与第二纵向管251－3，再通过第二纵向管251－3连通冷却桶252的水腔252-1。
继续参见图4，出水管253排出水，出水管253包括连通的第三纵向管253－1、第二横向管253－2与第四纵向管253－3，第四纵向管253－3连通冷却桶252的水腔252-1。
第一横向管251－2设有第一挂片连接块251-2a，同样地，第二横向管253－2 设有第二挂片连接块253-2a，热屏21的顶板的两处分别设有第一挂片连接轴212 和第二挂片连接轴213。
热屏21与水冷热屏系统25的连接具体是，第一挂片连接轴212卡入第一挂片连接块251-2a实现连接，或者是通过第一挂片连接在第一挂片连接块 251-2a上，同样的道理，第二挂片连接轴213卡入第二挂片连接块253-2a实现连接，或者是通过第二挂片连接在第二挂片连接块253-2a上。
热屏21巧妙地连接在水冷热屏系统25上，结构设置巧妙，晶棒40穿过冷却桶252的底部开口252a，再穿过热屏21的底部开口21a；水冷热屏系统25 起冷却作用，拉出的晶棒40热量比较高，水冷热屏系统25把晶棒40产生的热量带出去。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：其包括
单晶炉，其包括外炉和内炉，所述内炉设置在所述外炉内，所述外炉的周壁上开设有第一通孔，所述内炉包括热屏、保温筒、加热器和坩埚；
所述热屏可在所述保温筒内上下运动，所述热屏外设有固毡保温板；
所述保温筒包括顶部保温部、保温中筒、保温固毡、保温下筒和炉底保温座，所述保温固毡环设在所述保温中筒的外周，所述顶部保温部连接在所述保温中筒的顶部和所述保温中筒的顶部；
所述顶部保温部开设有第一通道和第二通道，所述热屏在所述第一通道中上下运动，所述热屏带动所述固毡保温板在所述第二通道中上下运动；
所述保温中筒的周壁开设有第二通孔，所述保温固毡的周壁开设有第三通孔，所述第二通孔与所述第三通孔同轴，所述保温固毡的周壁开设有容纳腔，所述第三通孔连通所述容纳腔，所述固毡保温板向下运动容纳在所述容纳腔中封闭所述第三通孔；
所述保温下筒的上开口与所述保温中筒的下开口连通，所述保温下筒的下开口与所述炉底保温座密封连接，所述炉底保温座固定连接在所述外炉的内底壁；
所述加热器设置在所述保温下筒的周向内壁，所述坩埚安装在所述所述炉底保温座上；
输料装置，其设有硅料腔和输料管道，所述固毡保温板向上运动后，所述输料管道可穿过所述第一通孔、所述第二通孔与所述第三通孔，连通所述硅料腔和所述坩埚。
2.根据权利要求1所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述内炉还包括水冷热屏系统，其包括进水管、冷却桶和出水管，所述冷却桶的周壁上环设有水腔，所述水腔连通所述进水管与所述出水管，晶棒穿过所述冷却桶的底部。
3.根据权利要求2所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述热屏的顶板的两处分别与所述进水管、所述出水管连接。
4.根据权利要求3所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述进水管包括连通的第一纵向管、第一横向管与第二纵向管，所述第二纵向管连通所述水腔，所述出水管包括连通的第三纵向管、第二横向管与第四纵向管，所述第四纵向管连通所述水腔；所述第一横向管设有第一挂片连接块，所述第二横向管设有第二挂片连接块，所述热屏的顶板的两处分别设有第一挂片连接轴和第二挂片连接轴；所述第一挂片连接轴通过第一挂片连接在第一挂片连接块上，所述第二挂片连接轴通过第二挂片连接在第二挂片连接块上。
5.根据权利要求1-4任一所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述容纳腔设置为与所述保温固毡同轴心的圆弧容纳腔。
6.根据权利要求5所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述固毡保温板为黏胶基固毡材质保温板。
7.根据权利要求6所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述第三通孔由所述容纳腔隔开，内孔端的孔径大于外孔端的孔径。
8.根据权利要求7所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述第三通孔的内孔端的孔径为160mm，所述第二通孔的孔径为160mm。
9.根据权利要求8所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述保温固毡的厚度为150mm。
10.根据权利要求9所述的降低单晶硅等径生产过程断线率的热场，其特征在于：所述外炉自上而下包括炉盖、中炉筒、下炉筒和炉底，所述炉盖连接在所述中炉筒的上开口，所述中炉筒的下开口与所述下炉筒的上开口连接，所述下炉筒的下开口与所述炉底连接，所述炉底保温座固定连接在所述炉底上。
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