CN202202019U - 一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台，包括热交换台主体，在所述的热交换台主体的底面还连接有若干根散热杆。本实用新型的热交换台能有效提高坩埚内热量向底部耗散的能力，尤其是提高坩埚底部中央的热量耗散的效率，特别适合用于定向凝固法生长硅单晶。本实用新型的热交换台可通过散热杆很好地调节从坩埚底部热量流失的分布，结构简单而且容易加工。
Description
技术领域
本实用新型属于硅晶体制造设备领域，具体涉及一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台。
背景技术
硅单晶和硅多晶铸锭是晶体硅太阳能电池最常用的材料。通常，使用硅单晶材料制造的太阳能电池比使用硅多晶材料制造的太阳能电池具有更高的光电传换效率。目前，硅单晶最常用的制造方法有提拉法(Czochralski法)和区熔法(Floating Zone法)；硅单晶的制造方法也可以采用定向凝固法(即铸造法)来实现。定向凝固法是将硅原料放置在铸锭炉内的坩埚中，通过改变温度场使硅原料从下向上定向结晶而成硅晶体。为了实现硅原料从下向上定向结晶的过程，需要在硅原料全部熔化之后，对坩埚底部进行冷却。现有技术中采取在坩埚及坩埚底部护板下面设置热交换台，如图1所示，热交换台放置在坩埚及坩埚底部护板下面，热交换台既支撑坩埚的重量，同时将热量从坩埚内部向外传导。在太阳能行业内，热交换台又称为HE(Heat Exchange的简写)Block、DS(DirectionalSolidification的简写)Block或DS块。
在采用铸造法生长硅晶体时，如果加大热交换台的冷却，即可以提高坩埚内固液相界面处的温度梯度，从而更好地实现晶体生长。在采用铸造法生长硅单晶时，较大的固液相界面处的温度梯度可以更好地维持单晶结构，不受外界扰动而破坏。在以住的热交换台的设计中，热交换台通常为长方体或近似于长方体的结构(如图1所示)。这种热交换台受结构和温度分布的影响(热面朝下，不利于自然对流)，冷却效果不佳。
发明内容
本实用新型提供了一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台，能有效提高坩埚内热量向底部耗散的能力，尤其是提高坩埚底部中央的热量耗散的效率，特别适合用于定向凝固法生长硅单晶。
一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台，包括热交换台主体，在所述的热交换台主体的底面还连接有若干根散热杆。
优选的技术方案中，所述的散热杆上设有阳螺纹，所述的热交换台主体的底面上设有若干螺纹孔，所述的阳螺纹与所述的螺纹孔相配合，以螺纹旋紧的方式将散热杆连接在热交换台主体的底面，组成一个完整的热交换台。
优选的技术方案中，所述的若干散热杆中，与所述的热交换台主体的底面上靠近中央的位置连接的散热杆的长度大于与所述的热交换台主体的底面上靠近周边的位置连接的散热杆的长度。
优选的技术方案中，与所述的热交换台主体的底面上靠近周边的位置连接的散热杆之间的间距大于与所述的热交换台主体的底面上靠近中央的位置连接的散热杆之间的间距。
优选的技术方案中，所述的散热杆全部与所述的热交换台主体的底面上靠近中央的位置连接，在所述的热交换台主体的底面的周边位置不连接任何散热杆，并且在所述的热交换台主体的四周(包括侧面或/和底部)设有保温层，所述的保温层采用用于保温的保温材料。
以上三种优选的技术方案，均可以实现热交换台中央的散热比周边散热更强烈，从而使中央的晶体生长速度更快，形成一种凸向液相的生长界面，这样就能够避免来自坩埚壁面的自发成核现象，使生长出的单晶/类单晶铸锭的单晶率较高。
由此可见，通过散热杆的热辐射，以及与环境气体的对流换热作用，可以增强坩埚内热量向下散失的能力，并且通过对散热杆的长度和散热杆之间的间距的调节，来调整热流在热交换台底部的分布。
为了加工方便，所述的散热杆通常为圆柱状或长方柱状，截面积为60～10000mm2，长度为5～300mm。
当所述的散热杆长度不同时，较短的散热杆安装在热交换台主体底面的周边，较长的散热杆安装在热交换台主体底面的中央。为了进一步加强散热效果，还可在所述的散热杆的外表面设置槽、肋片或突起，增大散热杆与周围气体的对流换热面积。
由于散热杆与热交换台主体之间用螺纹或其他方式固定，为了避免热胀冷缩可能导致的破坏，需要将热交换台主体和散热杆采用同一种材料加工。通常可采用同一型号的石墨材料。
本实用新型的热交换台能有效增强坩埚内热量向下散失的能力，并通过散热杆很好地调节从坩埚底部热量流失的分布，结构简单而且容易加工，适合用于铸造法生长硅晶体。本实用新型的热交换台尤其能有效提高坩埚底部中央的热量耗散的效率，用于铸造法生长硅单晶时，固液相界面处有较大的温度梯度，并且界面向液相微凸，有利于单晶结构不受破坏，特别适合用于铸造法生长太阳能级硅单晶。
附图说明
图1是现有技术的热交换台的立体结构示意图(坩埚部分剖开)。
图2是本实用新型的热交换台的剖面结构示意图。
图3是本实用新型的热交换台的立体结构示意图(坩埚、保温层部分剖开)。
具体实施方式
图1为现有技术中的热交换台。热交换台8放置在坩埚及坩埚底部护板下面，坩埚侧面设有坩埚侧面护板。图2和图3为本实用新型的热交换台的结构示意图。
如图2和3所示，一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台，位于坩埚1及坩埚底部护板7下面，在坩埚1侧面设有坩埚侧面护板6，该热交换台包括热交换台主体2，在热交换台主体2的底面还连接有若干根散热杆。
每根散热杆上均加工有阳螺纹，热交换台主体2的底面上也加工有若干螺纹孔，阳螺纹与螺纹孔互相配合，以螺纹旋紧的方式将散热杆连接在热交换台主体2的底面，组成一个完整的热交换台。
散热杆有两种，一种是长散热杆4，一种是短散热杆3。长散热杆4连接在热交换台主体2的底面上中央以及靠近中央的位置，短散热杆3连接在热交换台主体2的底面上靠近周边的位置，而在热交换台主体2的底面上周边的位置上却没有连接任何散热杆，并且在热交换台主体2的两侧设有保温层5，保温层5采用用于保温的保温材料。如此设置散热杆，均可以实现热交换台中央的散热比周边散热更强烈，从而使中央的晶体生长速度更快，形成一种凸向液相的生长界面，这样就能够避免来自坩埚壁面的自发成核现象，使生长出的单晶/类单晶铸锭的单晶率较高。由此可见，通过散热杆的热辐射，以及与环境气体的对流换热作用，可以增强坩埚内热量向下散失的能力。还可以进一步通过对散热杆的间距的调节，来调整热流在热交换台底部的分布。
为了加工方便，散热杆通常为圆柱状或长方柱状，截面积为60～10000mm2，长度为5～300mm。为了进一步加强散热效果，还可在散热杆的外表面加工槽、肋片或突起，增大散热杆与周围气体的对流换热面积。
由于散热杆与热交换台主体2之间用螺纹或其他方式固定，为了避免热胀冷缩可能导致的破坏，需要将热交换台主体2和散热杆采用同一种材料加工，通常可采用同一型号的石墨材料。
Claims (7)
1.一种用于铸造法生长硅晶体的热交换台，包括热交换台主体，其特征在于，在所述的热交换台主体的底面还连接有若干根散热杆。
2.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：所述的散热杆上设有阳螺纹，所述的热交换台主体的底面上设有若干螺纹孔，所述的阳螺纹与所述的螺纹孔相配合。
3.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：所述的散热杆为圆柱形或长方柱形，截面积为60～10000mm2，长度为5～300mm。
4.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：所述的若干散热杆中，与所述的热交换台主体的底面上靠近中央的位置连接的散热杆的长度大于与所述的热交换台主体的底面上靠近周边的位置连接的散热杆的长度。
5.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：与所述的热交换台主体的底面上靠近周边的位置连接的散热杆之间的间距大于与所述的热交换台主体的底面上靠近中央的位置连接的散热杆之间的间距。
6.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：所述的散热杆的外表面设有槽、肋片或突起。
7.如权利要求1所述的热交换台，其特征在于：所述的热交换台主体的四周设有保温层。
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