CN208346302U - 一种单晶硅拉单晶用水冷内导 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单晶硅拉单晶用水冷内导，包括进水管、水冷内导本体和出水管，所述进水管与所述出水管对称设于所述水冷内导本体的上部，所述水冷内导本体的内侧面设有凹槽，所述水冷内导内侧面涂覆有黑色介质。本实用新型的有益效果是本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，在水冷内导的中空腔体内设置有循环流动的冷却介质，冷却介质为液氮等，可以加快拉单晶时单晶表面热量的散失，增加界面的过冷度；在水冷内导的内表面设有凹槽，可以增加水冷内导导热面积，增大表面吸收热量；在水冷内导内表面设有吸热介质，增加水冷内导表面吸收热量，增大单晶表面热量传递效率。

Description

一种单晶硅拉单晶用水冷内导

技术领域

本实用新型属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种单晶硅拉单晶用水冷内导。

背景技术

全球所生产的太阳能电池有80％以上是使用晶体硅，其中单晶硅约占40％，单晶硅最大的优势就是其转换效率高，但是生产成本较高，由于传统的单晶硅生成加工企业生产水平较低，生成技术水平不高，最终造成单晶硅生产效率低、成本高，这极不利于单晶硅生成加工企业的发展，因此单晶硅生成加工企业也在探索提高生成效率、降低成本的单晶硅生产方法。

根据直拉单晶硅的生长界面的能量守恒方程：Q_in+Q_L＝Q_out→k_meltG_melt+LV＝k_cryG_cry

其中，Q_in为熔体传入结晶界面的热量，Q_out为结晶界面向晶体付出的热量，Q_L为结晶潜热。得出实际晶体生长速度如下：

其中，V_crys为单晶硅生长速度，G_crys为晶体界面附近的轴向温度梯度，G_melt为生长界面附近熔体内的轴向温度梯度，K_crys与K_melt分别为晶体与熔体的传热系数，A为结晶界面的面积，D_crys为结晶的面积，L为结晶潜热。

从上式中可以看出，生长固定直径单晶硅时，除了晶体轴向温度梯度G_crys与熔体轴向温度梯度G_melt为可变动值，其它均为固定值，因此提高直拉单晶硅拉速应从界面附近晶体及熔体的轴向温度梯度出发，即：①增加界面上方晶体内轴向温度梯度G_crys；②降低界面下方熔体内轴向温度梯度G_melt。

直拉单晶(CZ)法的热场是由石墨件系统、单晶炉冷却系统、氩气系统组成的一套复杂的单晶生长系统。正常情况下直拉单晶法的冷却工艺是在通入冷却气体(一般为氩气)的环境下进行的，由于整个系统处于开启状态，通入的氩气在炉体内停留时间较短，最终带走的热量为全部热量的80％--85％，冷却效果一般且冷却气体成本大。单晶的生长速度取决于固液界面温度梯度，温度梯度越大，生长速度越快，但温度梯度过大，也会导致晶体生长过程出现位错等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的问题是提供一种单晶硅拉单晶用水冷内导，。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种单晶硅拉单晶用水冷内导，包括进水管、水冷内导本体和出水管，进水管与出水管对称设于水冷内导本体的上部，水冷内导本体的内侧面设有凹槽，水冷内导内侧面涂覆有黑色介质。

具体的，水冷内导为锥形环状结构。

具体的，凹槽为螺纹槽。

进一步的，水冷内导本体的内表面的凹槽内设有热管。

进一步的，水冷内导本体具有中空腔体，中空腔体与进水管和出水管连通。

进一步的，中空腔体内部设有冷却介质。

进一步的，中空腔体内表面设有翅片。

进一步的，中空腔体内表面设有热管。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1.由于采用上述技术方案，在水冷内导的中空腔体内设置有循环流动的冷却介质，冷却介质为液氮等，可以加快拉单晶时单晶表面热量的散失，增加界面的过冷度；

2.在水冷内导的内表面设有凹槽，可以增加水冷内导导热面积，增大表面吸收热量；

3.在水冷内导内表面涂覆黑色吸热介质，增加水冷内导表面吸收热量，增大单晶表面热量传递效率；

4.在水冷内导的内表面和水冷内导的中空腔体内设有热管和翅片，增加水冷内导的导热面积，提高水冷内导的传热效率，能够跨苏带走单晶表面热量，增加界面的过冷度。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型的一实施例的传热装置的结构示意图。

图中：

1、出水管 2、凹槽 3、水冷内导本体

4、中空腔体 5、进水管 6、传热装置

61、散热柱 62、线状折弯换热件 63、金属丝

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

图1示出了本实用新型的一实施例的结构示意图，示出了本实施例的具体结构，本实施例涉及一种单晶硅拉单晶用水冷内导，用于单晶硅在拉单晶时使用，带走单晶硅在拉单晶时生长界面附近单晶表面的热量，使得生长界面处的温度梯度增大，进而使得拉单晶速度得以提升。

上述的单晶硅拉单晶用水冷内导，包括进水管5、水冷内导本体3和出水管1，水冷内导本体3的上部对称设有进水口和出水口，进水管5通过螺纹与阀门与水冷内导本体3的进水口连接，出水管1通过螺纹与阀门与水冷内导本体3的出水口连接，使得冷却介质能够从进水管5进入水冷内导本体3内部，从出水管1流出，在水冷内导本体3内部进行循环，已进行热交换，降低拉单晶时单晶表面的热量。

水冷内导本体3为锥形环状结构，且该水冷内导本体3为倒锥形，上部开口大，下部开口小，方便水冷内导与水冷套配合使用，进行单晶硅拉单晶，水冷内导本体3的锥面倾斜角度为30±5°，既保证了水冷内导与导流筒的配合使用，又保证了气流方向不发生变化，起到增加晶体表面散热的作用。

上述的水冷内导本体3为锥形环状结构，该环状结构上下开口，且水冷内导本体3的内部具有中空腔体4，中空腔体4通过进水口与出水口与外界连通，也就是水冷内导本体3为内部具有中空腔体4的密闭环状结构，且该密闭环状结构通过进水口和出水口与外界连通，且在中空腔体4内设置有循环的冷却介质，该冷却介质从进水口进入，从出水口流出，使得冷却介质能够在水冷内导本体3内进行循环，进行热交换，将单晶表面的热量带走。这里冷却介质可以是液态氮，可以是液态氩，还可以是冷却水，或者是其他冷却介质，根据实际需求进行选择。

该水冷内导本体3为一体成型，或者通过焊接进行固定连接，根据实际需求进行选择。为了使得水冷内导能够快速进行热辐射的吸收，进行热交换，在水冷内导本体3的内表面设有一吸热层，通过电镀完成，该吸热层可以为黑铬涂层，也可以是黑镍涂层，还可以是黑钴涂层，根据实际需求进行选择，进行热量的吸收。

此外，在水冷内导本体3的内表面设有多个凹槽2，若干个凹槽2均匀等间距布设在水冷内导本体3的内表面，凹槽2的设置增加了水冷内导本体3的内表面的表面积，也就是增加了水冷内导的吸热面积，可以快速进行热交换，将拉单晶过程中单晶表面的热量带走。这里凹槽2可以为燕尾槽，也可以是圆形凹槽，还可以是螺纹槽，或者是其他形状的凹槽，根据实际需求进行选择。这里优选的为螺纹槽，螺纹槽易于制作，且相比于其他形状的凹槽，螺纹槽能够更加的增大水冷内导本体的内表面的表面积，增加水冷内导对单晶硅在直拉时热量的吸收。同时，在螺纹槽的内表面设有一层吸热层，该吸热层通过电镀完成，与水冷内导本体3内表面的吸热层材质相同。

进一步优化方案，为了提高水冷内导的热交换的效率，在水冷内导本体3的内表面的凹槽2内固定安装有热管，热管依靠自身内部工作液体相变来实现传热，可以快速的将拉单晶时单晶表面的热量传递给水冷内导本体空腔中的循环冷却介质，进行热交换，加快热传递的效率。这里热管可以是有吸液芯的热管，也可以是无吸液芯的热管，根据实际需求进行选择。

此外，也可以在水冷内导本体3的内表面的凹槽2内固定安装有传热装置6，该传热装置6包括中空的散热柱61，散热柱61内部放置有冷却剂，散热柱61周向的外壁上均匀分布有若干根线状折弯换热件62，线状折弯换热件62经弯折后的两端固定连接在散热柱61上，相邻的线状折弯换热件62相互交错分布，散热柱61沿轴向环绕有若干根相互平行的金属丝63，金属丝63与线状折弯换热件62外侧固定连接。

散热柱61表面设有多层多列线状折弯金属丝63和线状折弯换热件62，而非传统的散热片，多层多列线状折弯金属丝63和线状折弯换热件62大大增加了接触传热面积，换热效果更好。

线状折弯换热件62和金属丝63通过焊接固定在散热柱61上，连接更加稳固，线状折弯换热件62和金属丝63不易从散热柱上松脱，而且也利于方便焊接工序的进行。

每层线状折弯换热件62再一次增加了每层的传热面积，换热效果进一步增强，换热效率高，换热更理想，同时线状折弯换热件62还对同一层的线状折弯金属丝63起到一个稳固连接的作用。

进一步优化方案，在水冷内导本体3的内部中空腔体4内表面，均匀安装有散热翅片，该散热翅片能够将热管或者传热装置传递的热量快速传递给水冷内导本体3内部的冷却介质，进行有效热传递。散热翅片也可以安装在水冷内导的内侧面上，以增大换热面积，进行热交换。

本实施例的工作过程：单晶硅在拉单晶过程中，冷却介质从水冷内导的进水管5进入水冷内导本体3内部中空腔体4内，在水冷内导本体3的内部循环，从水冷内导的出水管1流出，在此过程总，水冷内导本体3的内表面进行热交换，将吸收的热量传递给冷却介质，通过冷却介质循环将热量带走，以进行热交换，与此同时，水冷内导本体3的内表面的热管或者传热装置进行热交换，将热量传递给内部循环的冷却介质，已进行热交换。在单晶等径生长过程中，水冷内导本体3通过冷却介质的循环和热管或者传热装置6的热交换带走单晶表面热量，在生长界面附件制造一个冷区，并且尽可能靠近液面，以增加界面的过冷度，使得生长界面处的温度梯度增大，使得拉速提升。

本实用新型具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，在水冷内导的中空腔体内设置有循环流动的冷却介质，冷却介质为液氮等，可以加快拉单晶时单晶表面热量的散失，增加界面的过冷度；在水冷内导的内表面设有凹槽，可以增加水冷内导导热面积，增大表面吸收热量；在水冷内导内表面涂覆黑色吸热介质，增加水冷内导表面吸收热量，增大单晶表面热量传递效率；在水冷内导的内表面和水冷内导的中空腔体内设有热管和翅片，增加水冷内导的导热面积，提高水冷内导的传热效率，能够跨苏带走单晶表面热量，增加界面的过冷度。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：包括进水管、水冷内导本体和出水管，所述进水管与所述出水管对称设于所述水冷内导本体的上部，所述水冷内导本体的内侧面设有凹槽，所述水冷内导内侧面涂覆有黑色介质。

2.根据权利要求1所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述水冷内导为锥形环状结构。

3.根据权利要求1或2所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述凹槽为螺纹槽。

4.根据权利要求3所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述水冷内导本体的内表面的凹槽内设有热管。

5.根据权利要求1或2所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述水冷内导本体具有中空腔体，所述中空腔体与所述进水管和所述出水管连通。

6.根据权利要求5所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述中空腔体内部设有冷却介质。

7.根据权利要求5所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述中空腔体内表面设有翅片。

8.根据权利要求6或7所述的单晶硅拉单晶用水冷内导，其特征在于：所述中空腔体内表面设有热管。