KR100852686B1 - Apparatus for manufacturing poly crystaline silicon ingot for solar battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 구비된 소정 형상의 도가니; 상기 도가니를 감싸 보호하는 써셉터(suceptor); 상기 써셉터의 하측에 구비되어 써셉터를 지지하는 지지대; 상기 도가니 내의 실리콘 원소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터; 상기 써셉터의 하측에 소정간격 이격되고, 홀이 구비된 단열판; 도어 개폐장치에 의해 상기 단열판에 구비된 홀을 개폐시키는 도어; 상기 단열판에 구비된 홀 크기로, 도가니의 하부 냉각시 단열판의 하측에서 홀을 통해 올라와 써셉터 하측에 부착되는 냉각판; 상기 냉각판의 하측에, 냉각판을 지지하는 축 역할을 수행하며, 그 내부에는 냉매 통로가 구비된 냉각판 지지축; 냉각판 및 냉각판 지지축을 이동시키는 냉각판 이동 수단; 진공챔버 내로 불활성기체를 공급시키는 불활성기체 공급부; 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니 내의 온도를 제어하고, 상기 도어 개폐장치를 제어하여 도어를 개폐시키며, 상기 불활성기체 공급 및 배출부를 제어하여 진공챔버 내의 불활성기체를 일정수준으로 유지하고, 상기 냉각판 이동수단을 제어하여 상기 냉각판이 단열판에 구비된 홀을 통해 상기 써셉터의 하부에 밀착이 이루어지도록 하는 기능을 포함하는 제어부;를 포함하여, The present invention is a solar cell polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus is a vacuum chamber; A crucible of a predetermined shape provided in the vacuum chamber; A susceptor for wrapping and protecting the crucible; A support provided on the lower side of the susceptor to support the susceptor; A heater applying heat to melt the silicon raw material in the crucible; A heat insulation plate spaced apart from the susceptor by a predetermined interval and provided with a hole; A door for opening and closing a hole provided in the heat insulating plate by a door opening and closing device; A cooling plate attached to the lower side of the susceptor as a hole size provided in the insulating plate, and ascends through the hole at the lower side of the insulating plate when cooling the bottom of the crucible; A cooling plate support shaft serving as a shaft supporting the cooling plate below the cooling plate, and having a refrigerant passage therein; Cooling plate moving means for moving the cooling plate and the cooling plate support shaft; An inert gas supply unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber; A temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; And controlling the temperature in the crucible to achieve melting and uniform growth of silicon in the crucible by receiving the output value of the temperature sensor, controlling the door opening and closing device to open and close the door, and controlling the inert gas supply and discharge part to vacuum the chamber. And a controller including a function of maintaining an inert gas in a predetermined level and controlling the cooling plate moving means so that the cooling plate is in close contact with the lower part of the susceptor through a hole provided in the insulating plate.
실리콘 원소재 용융 후, 냉각판을 써셉터의 하부에 밀착시켜 도가니의 하부를 냉각시키도록 함으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 성장이 이루어지 도록 함을 특징으로 한다.After melting the silicon raw material, the cooling plate is brought into close contact with the lower part of the susceptor to cool the lower part of the crucible so that the silicon crystals are grown from the lower part to the upper direction.
태양전지, 다결정, 실리콘 주괴, 도가니, 냉각판 Solar cell, polycrystalline, silicon ingot, crucible, cold plate
Description
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치의 절단 사시도로, 도 1은 초기상태, 도 2는 냉각판이 단열판의 홀에 밀착된 모습, 도 3은 냉각판이 써셉터의 하부에 밀착된 모습 및 도 4는 냉각판에 의해 아래방향으로 도가니 및 써셉터가 이동된 모습을 나타낸다.1 to 4 is a perspective view of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells according to an embodiment of the present invention, Figure 1 is an initial state, Figure 2 is a state in which the cooling plate is in close contact with the hole of the insulating plate, Figure 3 is a cooling plate The close contact with the bottom of the susceptor and Figure 4 shows the crucible and susceptor is moved downward by the cooling plate.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 도가니 및 써셉터 둘레를 감싸고 있는 히터의 절단 사시도이다.5a to 5c are cutaway perspective views of a heater wrapped around a crucible and susceptor according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 진공챔버 110: 단열재100: vacuum chamber 110: heat insulating material
120: 단열판 121: 홀120: insulation plate 121: hole
130: 진공챔버 홀딩수단 200: 도가니130: vacuum chamber holding means 200: door
210: 써셉터(Suceptor) 310, 320: 히터210:
321a, 321b: 전극 400: 냉각판321a and 321b: electrode 400: cooling plate
401, 402: 냉매 통로 410: 냉각판 지지축401 and 402: refrigerant passage 410: cooling plate support shaft
500a, 500b: 도어 510a, 520b: 모터500a, 500b:
610, 620: 온도센서610, 620: temperature sensor
본 발명은 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치에 관한 것으로, 특히 용융된 실리콘을 하부부터 냉각이 이루어지도록 한 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for producing polycrystalline silicon ingot for solar cells, and more particularly, to an apparatus for producing polycrystalline silicon ingot for solar cells in which molten silicon is cooled from the bottom.
최근 규소형 태양전지에 의한 태양광 발전은 무공해, 안정성, 신뢰성 등의 장점으로 인해 시험적인 단계를 지나 상업화 단계에 이르렀다.Recently, the photovoltaic power generation by silicon-type solar cells has reached the commercialization stage after the trial phase due to the advantages of pollution-free, stability and reliability.
미국, 일본, 독일의 경우에는 규소 태양전지를 이용하여 수백~수천 Kw 용량의 태양광 발전이 이루어지고 있다. In the United States, Japan, and Germany, solar power generation of hundreds to thousands of Kw is being made using silicon solar cells.
현재 태양광 발전에 이용되고 있는 태양전지는 주로 Czochralski 인상법에 의해 제조된 단결정 규소박판을 이용하여 제조하고 있으나, 앞으로의 지속적인 대규모 용량화를 위해서는 규소박판의 가격을 낮추고 생산성을 더욱 높여야 할 것으로 인식되고 있다. 이와 같은 배경 아래 태양전지용 규소박판의 원가를 절감시키기 위한 노력의 일환으로 주조법이 개발되었다.Currently, solar cells used for photovoltaic power generation are mainly manufactured using monocrystalline silicon thin plates manufactured by the Czochralski impression method, but it is recognized that the price of silicon thin plates should be lowered and the productivity should be further increased for continuous large capacity. It is becoming. Under this background, casting was developed as an effort to reduce the cost of silicon thin film for solar cells.
주조법에 의한 태양전지용 다결정 규소 주괴의 제조는 기본적으로 방향성 응고를 특징으로 하고 있다. The production of polycrystalline silicon ingots for solar cells by the casting method is basically characterized by directional solidification.
석영이나 흑연으로 제조된 도가니 속에 다결정 규소 알맹이를 넣어 용융시킨 후 도가니 하부쪽으로 규소의 용해열을 제거시켜 나감으로써 냉각고화 역시 도가니 하부쪽으로부터 상부 쪽으로 이동되도록 하여 일정한 방향성을 가진 이른바, 주상구조(Columnar Structure)의 주괴를 얻고자 하는 것이다. Polycrystalline silicon kernels are melted in a crucible made of quartz or graphite, and then the heat of dissolution of silicon is removed from the bottom of the crucible so that the cooling solidification is also moved from the bottom of the crucible to the upper part. ) Is to get the ingot.
이와 같이 하여 제조된 다결정 규소 주괴는 인상법에 의해 제조되는 단결정 규소 주괴에 비해 내부에 존재하는 다결정입계(Grain boundary)들로 인하여 태양전지 제조시 전기적 효율면에서 저하를 가져오지만 결정이 주괴 성장 방향에 대하여 주상으로 구성되어 있기 때문에 전체적인 물성면에서는 단결정 주괴에 비해 약 20% 정도 열세이다. 그러나 대량생산(단결정 인상법의 2~3배)이 가능하고 또한 생산성(단결정 인상법의 2~3배)이 우수하며 제조기술이 간단하다는 이점이 있어 가격면에 있어서는 단결정 규소 주괴에 비하여 약 1/2~1/3정도 수준이다.The polycrystalline silicon ingot manufactured as described above has a decrease in electrical efficiency in solar cell manufacturing due to the grain boundaries present inside compared to the single crystal silicon ingot manufactured by the pulling method, but the crystal is in the direction of ingot growth. Since it is composed of a main phase with respect to the overall physical properties are about 20% inferior to the single crystal ingot. However, it has the advantage of being able to mass produce (2 ~ 3 times of single crystal pulling method), excellent in productivity (2 ~ 3 times of single crystal pulling method) and simple manufacturing technology. It's about 1/2 to 1/3.
지금까지 알려진 주조법은 석영으로 만들어진 다결정 규소 용융부에서 다결정 규소를 흑연도가니에 공급하기 전에 미리 용융시킨 후 하부로부터 상부가 600~1,200℃로 유지되는 사각 또는 원형의 흑연도가니에 공급하여 결정성장을 행하여 다결정 규소 주괴를 제조하는 방법이 있다.The known casting method is to melt the polycrystalline silicon in advance in the polycrystalline silicon melting section made of quartz before supplying it to the graphite crucible, and then crystal growth is supplied by supplying a square or circular graphite crucible maintained at 600 to 1,200 ° C from the lower part to the graphite crucible. There is a method of producing a polycrystalline silicon ingot.
그러나 상기 종래의 주조법은 차가운 도가니 중에서 급작스러운 냉각고화가 이루어지기 때문에 고화규소와 도가니 사이의 고착은 방지할 수 있으나, 도가니로부터의 오염이 크고 열스트레스가 잔존하여 결함농도가 커지고 또한, 결정입자가 작아진다는 문제점이 있다. However, in the conventional casting method, since sudden cooling solidification is performed in a cold crucible, it is possible to prevent adhesion between the silicon solidified and the crucible, but the contamination from the crucible is large and the thermal stress remains, so that the defect concentration increases, and the crystal grains There is a problem of being smaller.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 균일한 성장이 이루어지도록 한 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells in which the silicon crystal is uniformly grown from the bottom to the top.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치는 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 구비된 소정 형상의 도가니; 상기 도가니를 감싸 보호하는 써셉터(suceptor); 상기 써셉터의 하측에 구비되어 써셉터를 지지하는 지지대; 상기 도가니 내의 실리콘 원소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터; 상기 써셉터의 하측에 소정간격 이격되고, 홀이 구비된 단열판; 도어 개폐장치에 의해 상기 단열판에 구비된 홀을 개폐시키는 도어; 상기 단열판에 구비된 홀 크기로, 도가니의 하부 냉각시 단열판의 하측에서 홀을 통해 올라와 써셉터 하측에 부착되는 냉각판; 상기 냉각판의 하측에, 냉각판을 지지하는 축 역할을 수행하며, 그 내부에는 냉매 통로가 구비된 냉각판 지지축; 냉각판 및 냉각판 지지축을 이동시키는 냉각판 이동 수단; 진공챔버 내로 불활성기체를 공급시키는 불활성기체 공급부; 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니 내의 온도를 제어하고, 상기 도어 개폐장치를 제어하여 도어를 개폐시키며, 상기 불활성기체 공급 및 배출부를 제어하여 진공챔버 내의 불활성기체를 일정수준으로 유지하고, 상기 냉각판 이동수단을 제어하여 상기 냉각판이 단열판에 구비된 홀을 통해 상기 써셉터의 하부에 밀착이 이루어지도록 하는 기능을 포함하는 제어부;를 포함하여,In order to achieve the above object, the present invention is a solar cell polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus is a vacuum chamber; A crucible of a predetermined shape provided in the vacuum chamber; A susceptor for wrapping and protecting the crucible; A support provided on the lower side of the susceptor to support the susceptor; A heater applying heat to melt the silicon raw material in the crucible; A heat insulation plate spaced apart from the susceptor by a predetermined interval and provided with a hole; A door for opening and closing a hole provided in the heat insulating plate by a door opening and closing device; A cooling plate attached to the lower side of the susceptor as a hole size provided in the insulating plate, and ascends through the hole at the lower side of the insulating plate when cooling the bottom of the crucible; A cooling plate support shaft serving as a shaft supporting the cooling plate below the cooling plate, and having a refrigerant passage therein; Cooling plate moving means for moving the cooling plate and the cooling plate support shaft; An inert gas supply unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber; A temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; And controlling the temperature in the crucible to achieve melting and uniform growth of silicon in the crucible by receiving the output value of the temperature sensor, controlling the door opening and closing device to open and close the door, and controlling the inert gas supply and discharge part to vacuum the chamber. And a controller including a function of maintaining an inert gas in a predetermined level and controlling the cooling plate moving means so that the cooling plate is in close contact with the lower part of the susceptor through a hole provided in the insulating plate.
실리콘 원소재 용융 후, 냉각판을 써셉터의 하부에 밀착시켜 도가니의 하부를 냉각시키도록 함으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 성장이 이루어지도록 함을 특징으로 한다.After melting the silicon raw material, the cooling plate is brought into close contact with the lower part of the susceptor to cool the lower part of the crucible so that the silicon crystals grow from the lower part to the upper direction.
상기 도가니는 진공챔버의 중심에 구비되고, 상기 도어의 홀은 써셉터의 직하부에 위치하는 것이 바람직하다.The crucible is provided in the center of the vacuum chamber, the hole of the door is preferably located directly below the susceptor.
상기 도어를 개폐시키는 도어 개폐장치는 모터인 것이 바람직하다.The door opening and closing device for opening and closing the door is preferably a motor.
상기 냉각판 및 냉각판 지지축 내측에는 냉매 통로가 구비되는 것이 바람직하다.It is preferable that a coolant passage is provided inside the cooling plate and the cooling plate support shaft.
상기 히터는 도가니의 상부 및 둘레에 설치하는 것이 바람직하다.The heater is preferably installed at the top and the circumference of the crucible.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 상기 도가니의 둘레에 설치되는 히터는 다수의 단위히터가 결합되어 원통형상을 이루어 도가니의 둘레를 감싸는데, 상기 단위히터는 상기 원통형상인 히터의 내주면과 외주면에 대응하게 곡률을 가지는 것을 특징으로 한다.A heater installed at the circumference of the crucible according to the first embodiment of the present invention has a plurality of unit heaters coupled to form a cylindrical shape to surround the circumference of the crucible, wherein the unit heater corresponds to the inner and outer circumferential surfaces of the heater having the cylindrical shape. It is characterized by having a curvature.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 도가니의 둘레에 설치되는 히터는 다수의 단위히터가 결합되어 도가니의 둘레를 감싸는데, 상기 단위히터(322a)의 종단면은 사각형상이고, 횡단면은 사다리꼴 형상인 것을 특징으로 한다.The heater installed around the crucible according to the second embodiment of the present invention has a plurality of unit heaters coupled to surround the crucible. The longitudinal section of the
본 발명의 제 3 실시예에 따른 상기 도가니의 둘레에 설치되는 히터는 다수의 단위 히터가 결합되어 도가니의 둘레를 감싸는데, 상기 단위히터는 봉 형태인 것을 특징으로 한다.The heater installed around the crucible according to the third embodiment of the present invention has a plurality of unit heaters coupled to surround the crucible, wherein the unit heater has a rod shape.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치의 절단 사시도로, 도 1은 초기상태, 도 2는 냉각판이 단열판의 홀에 밀착된 모습, 도 3은 냉각판이 써셉터의 하부에 밀착된 모습 및 도 4는 냉각판에 의해 아래방향으로 도가니 및 써셉터가 이동된 모습을 나타낸다.1 to 4 is a perspective view of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells according to an embodiment of the present invention, Figure 1 is an initial state, Figure 2 is a state in which the cooling plate is in close contact with the hole of the insulating plate, Figure 3 is a cooling plate The close contact with the bottom of the susceptor and Figure 4 shows the crucible and susceptor is moved downward by the cooling plate.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치는 진공챔버(100), 도가니(200), 써셉터(210), 히터(310)(320), 도어(500a)(500b), 냉각판(400), 온도센서(610)(620) 및 제어부(미도시됨)를 포함하여 이루어진다.Referring to the drawings, the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells according to the present invention is a
진공챔버(100)의 내부는 중공으로, 본 발명 장치의 대부분의 구성 요소들이 이 진공챔버 내에 구비된다.The interior of the
여기서, 도면부호 130은 상기 진공챔버의 외측에서 진공챔버를 지지 및 홀딩시키는 부재이다.Here,
도가니(crucible)(200)는 도면에도 도시된 바와 같이, 정육면체 형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 석영으로 제조된다.As shown in the figure, the
또한, 도가니(200)는 진공챔버(100)의 중심에 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the
또한, 도가니(200)는 상부가 개방된 형태로, 이 상부를 개폐시키는 뚜껑을 따로 구비시켜도 무방하다.In addition, the
본 발명에서는 상기 도가니(200) 내에 실리콘(Si) 원 소재가 들어가게 된다.In the present invention, a silicon (Si) raw material is entered into the
상기 도가니(200)의 외주면에는 써셉터(suceptor)(210)가 구비되는데, 이 써셉터(suceptor)는 상기 도가니(200)를 감싸 보호하는 역할을 한다.A
써셉터(210)는 도가니처럼 상부가 개방된 형태인 것이 바람직하며, 이 써셉터(210)의 하측에는 써셉터를 지지하기 위한 바(bar) 형태의 지지대(211)가 네 모서리 부분에 구비된다.It is preferable that the
상기 써셉터(210) 재질은 열 전달이 우수한 재질인 카본 또는 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.The
본 발명에서는 상기 써셉터(210)의 상부 및 둘레에 히터(310)(320)가 구비된다. 물론 상기 써셉터(210)의 하부에도 히터가 구비되어도 무방하다. 그러나 본 발명의 일실시예에서는 히터(310)(320)가 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비된다. 이는 히터(310)(320)를 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비시켜도 도가니(200) 내의 실리콘 원 소재를 용융시키는 것이 가능하기 때문이다.In the present invention, the
상기 히터(310)(320)는 앞에서도 언급한 바와 같이, 도가니(200) 내의 실리콘 원소재를 용융시키는 역할을 하며, 상기 실리콘 원소재 용융점은 약 1420도이다.As mentioned above, the
상기 히터 전력 제어 방식에는 그 일례로, 히터에 인가되는 전압 펄스의 듀티비를 제어하는 방식 또는 히터에 인가되는 전압 펄스의 주기를 제어하는 방식 등 이 있다.Examples of the heater power control method include a method of controlling the duty ratio of the voltage pulse applied to the heater, or a method of controlling the period of the voltage pulse applied to the heater.
물론 이러한 온도 측정은 온도센서(610)(620)에서 의해 이루어진다.Of course, this temperature measurement is made by the temperature sensor (610, 620).
온도센서(610)(620)는 다수 개 구비되며, 일례로, 히터(310) 및 도가니(200) 등에 부착된다.A plurality of
여기서, 도면부호 321a 및 321b는 히터(310)(320)에 전력을 인가시키기 위한 전극이고, 330은 히터(310)(320)를 하측에서 받쳐주는 히터 받침판이며, 110은 단열재이다.Here,
본 발명에서는 써셉터(210)의 하측에 소정간격 이격되고, 홀(121)이 구비된 단열판(120)이 형성된다. 상기 홀(121)은 하기 설명될 냉각판(400)의 이동 통로 역할을 한다.In the present invention, the insulating
또한, 상기 홀(121)은 써셉터(210)의 직하부에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 추후 냉각판(400)이 상기 홀(121)을 통과하여 써셉터(210)의 하부에 밀착되는 것을 용이하게 하기 위한 것이다.In addition, the
상기 단열판(120)의 상측에는 도어(500a)(500b)가 구비되는데, 이 도어(500a)(500b)는 단열판(120)에 구비된 홀(121)을 개폐시키는 역할을 한다. 즉, 실리콘 원 소재를 용융시키기 위해 진공챔버 내측을 밀봉시킬 때는 도어 개폐장치(510a)(510b)에 의해 도어(500a)(500b)는 닫혀지고, 냉각판(400)이 상측으로 올라올 때는 다시 도어 개폐장치(510a)(510b)에 의해 도어(500a)(500b)는 열리게 된다.
상기 도어 개폐장치(510a)(510b)는 일례로, 모터 등이 있다. 이로써 상기 모 터(510a)(510b)의 구동에 따라 도어(500a)(500b)를 개폐시킬 수 있을뿐만 아니라 도어의 개폐 속도 제어도 가능하다.The door opening and
상기 냉각판(400)은 앞에서도 설명된 바와 같이, 단열판(120)에 구비된 홀 크기로, 써셉터(210) 하측에 부착(밀착)되어 도가니(200)의 하부를 냉각시킨다.As described above, the
상기 냉각판(400)의 하측에는 냉각판을 지지하는 냉각판 지지축(410)이 구비된다.The lower side of the
상기 냉각판(400)의 이동은 냉각판 이동 수단(예: 모터 등)(미도시됨)에 의해 이루어진다. 여기서, 냉각판(400)은 상하 이동(Z축 이동)뿐만 아니라 냉각판의 6자유도(x, y, z, pitch, yaw, roll 변위 등)가 가능하다.Movement of the
본 발명에서는 상기 냉각판(400) 및 냉각판 지지축(410)의 내측에 냉매 통로(401)(402)가 형성된다. 이 냉매 통로(401)(402)를 따라 냉매(예: 물 등)가 이동하며, 이로 인해 냉각판(400)이 차가워지며, 이 차가운 기운이 달궈진 도가니(200)의 하측을 서서히 식히게 된다.In the present invention, the
본 발명에서는 상기와 같은 장치들을 제어하기 위한 제어부(미도시됨)가 구비된다.In the present invention, a control unit (not shown) for controlling such devices is provided.
즉, 제어부는 온도센서(610)(620)의 출력값을 받아 도가니(200) 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니(200) 내의 온도를 제어하고, 도어 개폐장치(510a)(510b)를 제어하여 도어(500a)(500b)를 개폐시키며, 냉각판 이동 수단을 제어하여 냉각판(400)이 단열판에 구비된 홀(121)을 통해 써셉터(210)의 하부에 밀착이 이루어지도록 하는 기능을 포함한다.That is, the controller receives the output values of the
뿐만 아니라 제어부는 냉각판 이동 수단을 제어하여 냉각판(400)과 밀착된 써셉터(210) 및 도가니(200)를 이동시키기도 한다.(도 6 설명 참조)In addition, the controller controls the cooling plate moving means to move the
또한, 제어부에서는 냉매의 유량 및 온도를 제어한다.The control unit also controls the flow rate and temperature of the refrigerant.
미도시되어 있지만 본 발명에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 장치의 진공챔버에 불활성 기체를 내부로 공급시키기 위한 불활성 기체 공급부가 구비된다. Although not shown, an inert gas supply unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber of the polycrystalline silicon ingot apparatus for solar cells according to the present invention is provided.
또한, 본 발명에서는 진공챔버 내의 불활성 기체를 외부로 배출시키는 배출부도 구비된다.In addition, the present invention is also provided with a discharge portion for discharging the inert gas in the vacuum chamber to the outside.
상기 불활성 기체는 바람직하게는 아르곤(Ar) 등이 있다.The inert gas is preferably argon (Ar) and the like.
상기 불활성 기체 공급부는 제어부에 의해 제어되는데, 이 불활성 기체의 공급은 하기에도 설명되겠지만 히터를 가동하여 실리콘 원 소재를 용융시키는 단계 이전에 이루어진다.The inert gas supply unit is controlled by a control unit, and the supply of the inert gas is performed before the step of operating the heater to melt the silicon raw material, as will be described below.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 도가니 및 써셉터 둘레를 감싸고 있는 히터(321)(322)(323)의 절단 사시도이다.5A-5C are cutaway perspective views of
먼저, 도 5a를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 도가니 및 써셉터 둘레를 감싸고 있는 히터(321)는 다수의 단위 히터(321a)가 결합되어 원통형상을 이루어 도가니의 둘레를 감싸는데, 상기 단위 히터(321a)는 상기 원통형상인 히터의 내주면과 외주면에 대응하게 곡률을 가진다.First, referring to FIG. 5A, the
즉, 원통형상의 히터를 길이방향(종 방향)으로 절단했을 때, 이 절단된 각각 이 상기에서 언급한 단위 히터(321a)를 나타내며, 이 단위 히터(321a)의 내측 및 외측이 길이방향으로 곡률 형태를 가진다.That is, when the cylindrical heater is cut in the longitudinal direction (longitudinal direction), each of these cuts represents the above-mentioned
한편, 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도가니 및 써셉터 둘레를 감싸고 있는 히터(322)는 다수의 단위히터(322a)가 결합되어 도가니(200)의 둘레를 감싸는데, 이 단위히터(322a)의 종단면은 사각형상이고, 횡단면은 사다리꼴 형상이다.Meanwhile, referring to FIG. 5B, the
한편, 도 5c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 도가니 및 써셉터 둘레를 감싸고 있는 히터(323)는 다수의 단위히터(323a)가 결합되어 도가니(200)의 둘레를 감싸는데, 상기 단위히터(323a)는 봉 형상이다. 즉, 도 5c에서 언급한 히터는 봉 형태의 단위히터를 그 측면을 연이어 맞닿게 하여 360도 방향으로 배치시킨 것이다. 이 단위히터(323a)의 종단면은 사각형상이고, 횡단면은 원형이다.Meanwhile, referring to FIG. 5C, the
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 to 4 and 6 will be described in the solar cell polycrystalline silicon ingot manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명에서는 도가니(200) 내에 실리콘 원 소재를 충진한다.(S101) First, in the present invention, the silicon raw material is filled in the
그런 후, 본 발명에서는 진공챔버(100) 및 도어(500a)(500b) 등을 닫아 진공챔버 내를 밀폐시켜 진공상태로 만든다.(S102) Then, in the present invention, the
그리고 나서, 본 발명에서는 진공챔버(100) 내로 불활성 기체(Ar 등)를 소정 압력까지 충진시킨다.(S103) 본 발명에서는 상기 불황성 기체를 정해진 유량만큼 지속적으로 챔버 내로 흘리면서 하기의 작업을 수행하게 된다.Then, in the present invention, the inert gas (Ar, etc.) is filled into the
그런 후, 본 발명에서는 도가니의 상부 및 둘레에 있는 히터(310)(320)를 가동하여 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시킨다.(S104) Then, in the present invention, the
그리고 나서, 본 발명에서는 도어(500a)(500b)를 개방하고(S105), 냉각판(400)을 상승시켜 써셉터(210)의 하부에 밀착시킨다.(S106) Then, in the present invention, the
그런 후, 본 발명에서는 히터(310)(320)의 열량, 냉각판에 흐르는 냉매의 온도 및 냉매 유량을 제어하여 도가니(200)의 하부를 냉각(S107)시킴으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 균일한 성장이 이루어지도록 할 수 있다.Then, in the present invention, by controlling the heat quantity of the
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell according to another embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 to 4 and 7 will be described a method for producing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명에서는 도가니(200) 내에 실리콘 원 소재를 충진한다.(S201) First, in the present invention, the silicon raw material is filled in the
그런 후, 본 발명에서는 진공챔버(100) 및 도어(500a)(500b) 등을 닫아 진공챔버 내를 밀폐시켜 진공상태로 만든다.(S202) Then, in the present invention, the
그리고 나서, 본 발명에서는 진공챔버(100) 내로 불활성 기체(Ar 등)를 소정 압력까지 충진시킨다.(S203) 본 발명에서는 상기 불황성 기체를 정해진 유량만큼 지속적으로 챔버 내로 흘리면서 하기의 작업을 수행하게 된다.Then, in the present invention, the inert gas (Ar, etc.) is filled into the
그런 후, 본 발명에서는 도가니의 상부 및 둘레에 있는 히터(310)(320)를 가동하여 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시킨다.(S204) Then, in the present invention, the
그리고 나서, 본 발명에서는 도어(500a)(500b)를 개방하고(S205), 냉각판(400)을 상승시켜 써셉터(210)의 하부에 밀착시킨다.(S206) Then, in the present invention, the
그런 후, 본 발명에서는 도가니(200) 및 써셉터(210)를 아래 방향으로 이동(S206)시켜 히터로부터 좀 더 멀리 이격시킨다.(S207)Then, in the present invention, the
본 발명에서는 히터(310)(320)의 열량과, 단계 207에서 히터로부터 써셉터를 이격시킬 때 히터와 써셉터간 이격거리 및 써셉터의 하강속도를 제어하여 도가니(200)의 하부를 냉각(S208)시킴으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 균일한 성장이 이루어지도록 할 수 있다. In the present invention, by controlling the amount of heat of the
본 발명에서는 상기와 같은 제 1 방법(도 6), 제 2 방법(도 7) 이외에, 제 3의 방법을 제안할 수 있다.In the present invention, a third method can be proposed in addition to the first method (FIG. 6) and the second method (FIG. 7) as described above.
제 3의 방법은 상기 제 1 방법 및 제 2 방법을 합친 것으로, 도 6에 나타난 순서도에서 단계 106 이전에, 도 7의 단계 207을 더 포함하는 것이다.The third method is a combination of the first method and the second method, and further includes step 207 of FIG. 7 before step 106 in the flowchart shown in FIG. 6.
즉, 본원 발명에서는 단계 101 내지 단계 106 또는 단계 201 내지 단계 206을 거쳐 도가니 내의 실리콘 원소재 용융 및 냉각판을 상승시켜 써셉터의 하부에 밀착시킨다.That is, in the present invention, the silicon raw material melting and cooling plate in the crucible are raised through the steps 101 to 106 or 201 to 206 to be in close contact with the bottom of the susceptor.
그런 후, 단계 207처럼 도가니(200) 및 써셉터(210)를 아래 방향으로 이동(S206)시켜 히터로부터 좀 더 멀리 이격시킨다.Thereafter, as shown in step 207, the
본 발명에서는 히터(310)(320)의 열량, 히터와 써셉터간 이격거리, 써셉터의 하강속도, 냉각판에 흐르는 냉매의 온도 및 냉매 유량 등을 제어하여 도가니(200)의 하부를 냉각시킴으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 성장이 이루어지도록 할 수 있다. In the present invention, by cooling the lower portion of the
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치를 제공함으로써 실리콘 결정이 하부에서 상부 방향으로 균일한 성장이 이루어지도록 할 수 있다.As described above, in the present invention, by providing the apparatus for producing a polycrystalline silicon ingot for solar cells, the silicon crystals may be uniformly grown from the bottom to the top.
Claims (8)
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