CN214830778U - 一种光伏用的碳碳复合材料坩埚 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏用的碳碳复合材料坩埚，包括炉体，所述炉体内设有输气管、石英坩埚主体和设于石英坩埚主体外的感应加热器，石英坩埚主体外套设有碳碳复合材料坩埚主体，输气管的外侧壁顶部通过上部阻气环与炉体的内侧壁固定连接，输气管的底端通过石英坩埚主体的顶部开口延伸至石英坩埚主体内，石英坩埚主体的外侧壁顶部与炉体的内侧壁之间连接有下部阻气环，炉体的侧壁位于上部阻气环和下部阻气环之间设有上部排气口，炉体的侧壁位于下部阻气环的下方设有下部排气口，上部排气口连接有上部排气管，上部排气管上设有排气泵，下部排气口连接有下部排气管，下部排气管经三通管连接上部排气管。

Description

一种光伏用的碳碳复合材料坩埚

技术领域

本实用新型涉及单晶硅生产设备技术领域，特别是一种光伏用的碳碳复合材料坩埚。

背景技术

目前，在生产光伏用单晶硅制备时，常常采用坩埚通过直拉法进行制备，首先在石英坩埚中置入多晶硅，然后经高温加热熔化后再降温结晶，其中，石英坩埚常置于石墨坩埚中。在上述制备过程中，在多晶硅熔化过程中会挥发出一氧化硅颗粒，而在炉内高温条件下，一氧化硅会与石墨坩埚产生反应，从而降低石墨坩埚的使用寿命。另外，单晶硅在结晶时会释放热量，如散热较慢，则会降低单晶硅的结晶速度，从而降低生产效率。最后，多晶硅在熔化时，需要加热到高温状态，在此高温状态下，石英坩埚中的石英与石墨坩埚中的石墨会发生反应生成碳化硅和一氧化碳，而一氧化碳如熔入熔化后的硅液中会随着单晶硅的结晶进入单晶硅中，降低单晶硅的品质。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种光伏用的碳碳复合材料坩埚。

本实用新型采用的技术方案是：

一种光伏用的碳碳复合材料坩埚，包括炉体，所述炉体内设有输气管、石英坩埚主体和设于石英坩埚主体外的感应加热器，石英坩埚主体外套设有碳碳复合材料坩埚主体，输气管的外侧壁顶部通过上部阻气环与炉体的内侧壁固定连接，输气管的底端通过石英坩埚主体的顶部开口延伸至石英坩埚主体内，石英坩埚主体的外侧壁顶部与炉体的内侧壁之间连接有下部阻气环，碳碳复合材料坩埚主体的顶部开口外侧向远离石英坩埚主体的方向延伸形成连接部，下部阻气环的底部固定连接有碳碳复合材料螺栓，连接部上设有与碳碳复合材料螺栓配合的通孔，连接部上的通孔套设于碳碳复合材料螺栓上并通过螺母将碳碳复合材料坩埚主体固定于下部阻气环上，炉体的侧壁位于上部阻气环和下部阻气环之间设有上部排气口，炉体的侧壁位于下部阻气环的下方设有下部排气口，上部排气口连接有上部排气管，上部排气管上设有排气泵，下部排气口连接有下部排气管，下部排气管经三通管连接上部排气管，三通位于上部排气管上排气泵远离炉体的一侧，所述炉体的底壁与炉体的侧壁活动连接，所述炉体的底壁开设有进气孔。

优选的，石英坩埚主体的外侧壁顶部设有与下部阻气环的顶面相接触的石英支撑部。

优选的，炉体的内侧壁设有安装部，安装部的底部固定连接有安装螺栓，下部阻气环上开设有与安装螺栓对应的配合的通孔，下部阻气环上的通孔套设于安装螺栓上并通过螺母将下部阻气环固定于安装部上。

优选的，下部阻气环内设有支撑龙骨，下部阻气环上的通孔开设于与支撑龙骨对应处，碳碳复合材料螺栓与支撑龙骨固定连接。

优选的，碳碳复合材料坩埚主体的底面同心设置有多圈波浪纹，波浪纹以碳碳复合材料坩埚主体的底部轴心为圆心设置。

优选的，碳碳复合材料坩埚主体包括衬体和覆盖于衬体表面的碳碳复合材料层，衬体的侧壁和底壁上均开设有透气孔，且衬体侧壁的透气孔密度小于衬体底壁的透气孔密度。

本实用新型的有益效果是：

1、通过碳碳复合材料坩埚主体良好的导热性能，可对单晶硅结晶时产生的热量进行及时的散热，且上部排气管还能配合散热，另外，上部排气管还能便于将多晶硅熔化过程中会挥发出的一氧化硅颗粒及时排出炉体；

2、排气泵设于上部排气管上，而下部排气管仅通过三通管与上部排气管连通，由于上部排气管设有气管，其气流速度较大，因此在三通管处根据伯努利效应，上部排气管的气压低于下部排气管的气压，从而在排气时，下部排气管会自发的将一氧化碳向上抽吸排入上部排气管中。采用上述管路设计，相比于分别在上部排气管和下部排气管设置排气泵，节约了排气泵的成本，同时也降低了故障率，相比于将排气泵设置在三通管远离炉体的一侧，上部排气管可获得排气管全部的排气量，更能满足上部排气管的排气需求，最后相比于仅上部排气管设置排气管而下部排气管不与上部排气管连接，下部排气管也能因为伯努利效应提高一定排气管，本实用新型的管路设计可谓一举两得；

3、石英坩埚主体和碳碳复合材料坩埚主体的安装和拆卸都很方便，当石英坩埚主体或碳碳复合材料坩埚主体在高温条件下反应耗损到一定程度后，可以分别拆卸进行更换或修复，降低了维修或维护成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

附图标记：1、炉体，2、输气管，3、石英坩埚主体，4、碳碳复合材料坩埚主体，5、上部阻气环，6、下部阻气环，7、上部排气口，8、下部排气口，9、上部排气管，10、排气泵，11、下部排气管，12、三通管，13、进气孔，14、安装部，15、安装螺栓，16、石英支撑部，17、连接部，18、碳碳复合材料螺栓，19、支撑龙骨，20、衬体，21、碳碳复合材料层，22、透气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种光伏用的碳碳复合材料坩埚，包括炉体1，所述炉体1内设有输气管2、石英坩埚主体3和设于石英坩埚主体3外的感应加热器，石英坩埚主体3外套设有碳碳复合材料坩埚主体4，输气管2的外侧壁顶部通过上部阻气环5与炉体1的内侧壁固定连接，输气管2的底端通过石英坩埚主体3的顶部开口延伸至石英坩埚主体3内，石英坩埚主体3的外侧壁顶部与炉体1的内侧壁之间连接有下部阻气环6，炉体1的侧壁位于上部阻气环5和下部阻气环6之间设有上部排气口7，炉体1的侧壁位于下部阻气环6的下方设有下部排气口8，上部排气口7连接有上部排气管9，上部排气管9上设有排气泵10，下部排气口8连接有下部排气管11，下部排气管11经三通管12连接上部排气管9，三通位于上部排气管9上排气泵10远离炉体1的一侧，所述炉体1的底壁与炉体1的侧壁活动连接，所述炉体1的底壁开设有进气孔13。

输气管2主要用于输入惰性气体，通过炉体1经输气管2向石英坩埚主体3内输入惰性气体，惰性气体将多晶硅生成单晶硅过程中产生的一氧化硅颗粒和热量通过上部排气口7带出，而石英坩埚主体3的外侧壁与碳碳复合材料坩埚主体4的内侧壁在高温下会使石英与碳反应生成碳化硅和一氧化碳，通过下部排气口8将一氧化碳及时排出，防止一氧化碳熔入硅液中导致单晶硅中碳含量升高而影响单晶硅的品质。本实用新型的一个重点在于上部排气口7和下部排气口8之间的特殊管路设计，由于一氧化碳产生的速度慢于一氧化硅颗粒，且一氧化碳产生的量也远少于一氧化硅颗粒，因此排气泵10设于上部排气管9上，而下部排气管11仅通过三通管12与上部排气管9连通，由于上部排气管9设有气管，其气流速度较大，因此在三通管12处根据伯努利效应，上部排气管9的气压低于下部排气管11的气压，从而在排气时，下部排气管11会自发的将一氧化碳向上抽吸排入上部排气管9中。采用上述管路设计，相比于分别在上部排气管9和下部排气管11设置排气泵10，节约了排气泵10的成本，同时也降低了故障率，相比于将排气泵10设置在三通管12远离炉体1的一侧，上部排气管9可获得排气管全部的排气量，更能满足上部排气管9的排气需求，最后相比于仅上部排气管9设置排气管而下部排气管11不与上部排气管9连接，下部排气管11也能因为伯努利效应提高一定排气管，本实用新型的管路设计可谓一举两得。

本实用新型在石英坩埚外套设碳碳复合材料坩埚，相比于其它材料而言，碳碳复合材料可耐更高的温度，具有更好的导热性能，且在高温条件下物理性能和化学性能都更为稳定。

炉体1的内侧壁设有安装部14，安装部14的底部固定连接有安装螺栓15，下部阻气环6上开设有与安装螺栓15对应的配合的通孔，下部阻气环6上的通孔套设于安装螺栓15上并通过螺母将下部阻气环6固定于安装部14上。

石英坩埚主体3的外侧壁顶部设有与下部阻气环6的顶面相接触的石英支撑部16。

碳碳复合材料坩埚主体4的顶部开口外侧向远离石英坩埚主体3的方向延伸形成连接部17，下部阻气环6的底部固定连接有碳碳复合材料螺栓18，连接部17上设有与碳碳复合材料螺栓18配合的通孔，连接部17上的通孔套设于碳碳复合材料螺栓18上并通过螺母将碳碳复合材料坩埚主体4固定于下部阻气环6上。

采用上述安装结构在安装时，先将炉体1底壁卸下，然后将下部阻气环6安装于石英坩埚主体3的外侧壁，并保证下部阻气环6与石英坩埚之间具有良好的密封性，再将石英坩埚主体3从炉体1的底部开口送入炉体1内，接着将下部阻气环6与安装部14连接固定好下部阻气环6，并保证下部阻气环6与安装部14之间具有良好的密封性能，再将碳碳复合材料坩埚也从炉体1的底部开口送入炉体1内并套设在石英坩埚主体3外，接着将连接部17与下部阻气环6连接固定好碳碳复合材料坩埚主体4，最后安装好炉体1底壁即可。采用上述结构，石英坩埚主体3和碳碳复合材料坩埚主体4的安装和拆卸都很方便，拆卸过程与安装过程相反操作即可。

下部阻气环6内设有支撑龙骨19，下部阻气环6上的通孔开设于与支撑龙骨19对应处，碳碳复合材料螺栓18与支撑龙骨19固定连接。

支撑龙骨19主要对下部阻气环6起支撑作用，用于承载石英坩埚主体3和碳碳复合材料坩埚主体4，通过支撑龙骨19连接安装部14和连接部17，并支撑石英支撑部16。

碳碳复合材料坩埚主体4的底面同心设置有多圈波浪纹，波浪纹以碳碳复合材料坩埚主体4的底部轴心为圆心设置。

碳碳复合材料坩埚主体4的底面设置波浪纹，可增大散热面积，使石英坩埚主体3底部散热速率大于侧部散热速率，让硅液从石英坩埚的底部开始凝固结晶，使成晶面在同一平面上，提高单晶硅品质。

碳碳复合材料坩埚主体4包括衬体20和覆盖于衬体20表面的碳碳复合材料层21，衬体20的侧壁和底壁上均开设有透气孔22，且衬体20侧壁的透气孔22密度小于衬体20底壁的透气孔22密度。

石英坩埚主体3与碳碳复合材料坩埚主体4为分体式结构，方便在生成一氧化碳导致碳碳复合材料耗损后，将碳碳复合材料坩埚主体4拆卸，然后再衬体20上重新通过气相沉积法生成碳碳复合材料层21以修改碳碳复合材料坩埚主体4，避免整体更换石英坩埚主体3和碳碳复合材料坩埚主体4，大大降低了维护、维修成本。透气孔22可辅助散热，且底壁的透气孔22密度大于侧壁的透气孔22密度，使底部散热速率大于侧部散热速率，让硅液从石英坩埚的底部开始凝固结晶，使成晶面在同一平面上，提高单晶硅品质。

另外，在本实用新型中，上部排气口7和下部排气口8可均以炉体1的轴心对称开设两个，各下部排气管11分别与对应侧的上部排气管9连通，使排气散热更均匀；下部阻气环6上的通孔和碳碳复合材料螺栓18也以下部阻气环6的圆心呈圆周阵列设置多个，且下部阻气环6上的通孔位于外圈，碳碳复合材料螺栓18位于内圈，使连接更稳定。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种光伏用的碳碳复合材料坩埚，包括炉体(1)，所述炉体(1)内设有输气管(2)、石英坩埚主体(3)和设于石英坩埚主体(3)外的感应加热器，其特征在于，所述石英坩埚主体(3)外套设有碳碳复合材料坩埚主体(4)，所述输气管(2)的外侧壁顶部通过上部阻气环(5)与炉体(1)的内侧壁固定连接，所述输气管(2)的底端通过石英坩埚主体(3)的顶部开口延伸至石英坩埚主体(3)内，所述石英坩埚主体(3)的外侧壁顶部与炉体(1)的内侧壁之间连接有下部阻气环(6)，所述碳碳复合材料坩埚主体(4)的顶部开口外侧向远离石英坩埚主体(3)的方向延伸形成连接部(17)，所述下部阻气环(6)的底部固定连接有碳碳复合材料螺栓(18)，所述连接部(17)上设有与碳碳复合材料螺栓(18)配合的通孔，所述连接部(17)上的通孔套设于碳碳复合材料螺栓(18)上并通过螺母将碳碳复合材料坩埚主体(4)固定于下部阻气环(6)上，所述炉体(1)的侧壁位于上部阻气环(5)和下部阻气环(6)之间设有上部排气口(7)，所述炉体(1)的侧壁位于下部阻气环(6)的下方设有下部排气口(8)，所述上部排气口(7)连接有上部排气管(9)，所述上部排气管(9)上设有排气泵(10)，所述下部排气口(8)连接有下部排气管(11)，所述下部排气管(11)经三通管(12)连接上部排气管(9)，所述三通位于上部排气管(9)上排气泵(10)远离炉体(1)的一侧，所述炉体(1)的底壁与炉体(1)的侧壁活动连接，所述炉体(1)的底壁开设有进气孔(13)。

2.根据权利要求1所述光伏用的碳碳复合材料坩埚，其特征在于，所述石英坩埚主体(3)的外侧壁顶部设有与下部阻气环(6)的顶面相接触的石英支撑部(16)。

3.根据权利要求2所述光伏用的碳碳复合材料坩埚，其特征在于，所述炉体(1)的内侧壁设有安装部(14)，所述安装部(14)的底部固定连接有安装螺栓(15)，所述下部阻气环(6)上开设有与安装螺栓(15)对应的配合的通孔，所述下部阻气环(6)上的通孔套设于安装螺栓(15)上并通过螺母将下部阻气环(6)固定于安装部(14)上。

4.根据权利要求3所述光伏用的碳碳复合材料坩埚，其特征在于，所述下部阻气环(6)内设有支撑龙骨(19)，所述下部阻气环(6)上的通孔开设于与支撑龙骨(19)对应处，所述碳碳复合材料螺栓(18)与支撑龙骨(19)固定连接。

5.根据权利要求4所述光伏用的碳碳复合材料坩埚，其特征在于，所述碳碳复合材料坩埚主体(4)的底面同心设置有多圈波浪纹，所述波浪纹以碳碳复合材料坩埚主体(4)的底部轴心为圆心设置。

6.根据权利要求5所述光伏用的碳碳复合材料坩埚，其特征在于，所述碳碳复合材料坩埚主体(4)包括衬体(20)和覆盖于衬体(20)表面的碳碳复合材料层(21)，所述衬体(20)的侧壁和底壁上均开设有透气孔(22)，且衬体(20)侧壁的透气孔(22)密度小于衬体(20)底壁的透气孔(22)密度。

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