KR100902859B1 - 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 원료의 용융시간 및 냉각 시간이 단축되고, 실리콘 용융액의 응고시 냉각에 따른 온도 경사가 수평 방향으로는 발생함이 없이 수직 상하 방향으로만 안정되고 일정하게 부여되게 함으로써 결정 성장의 방향이 균일하고 결정 내 불순물 농도도 균질하게 되도록 할 수 있는 실리콘 제조용 캐스팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 단열재부의 측면단열재 일부분이 받침대에 지지된 상태로 실리콘 용융시에는 단열 해제를 위해 용기에서 이격되며, 실리콘 결정 생성을 위한 냉각시에는 보온단열을 위해 용기에 밀착되면서 하부단열재는 단열공간을 개방하며, 실리콘 결정 생성이 완료되면 단열재부의 측면단열재는 단열이 해제되고, 상부단열재와 하부단열재는 단열공간을 개방하여 용기가 급속히 냉각되도록 구성되는 것을 특징으로 하여; 단열을 해제하여 실리콘의 용융효율을 증대시키고, 반대로 결정 생성시에는 단열을 수행하며, 결정 생성이 완료되면 단열공간을 개방하여 급속 냉각이 이루어지도록 하는 공정의 수행 시간이 짧아지는 효과가 있다.
태양전지, 실리콘 결정, 잉곳, 일방향응고, 캐스팅, 챔버, 단열재, 히터

Description

태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치{A casting device for silicon manufacture for a solar cell}
본 발명은 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치에 관한 것으로, 특히 실리콘을 용융시는 용기의 단열을 해제하여 열 전달률을 극대화함으로써 용융효율을 증대시키고, 결정 생성시는 용기측면을 단열하면서 하부단열을 개방하여 일방향으로 냉각이 진행되도록 하며, 결정 생성이 완료되면 단열 공간의 개방으로 급속냉각 및 냉각시간을 단축하여 다음 공정의 실시시점을 앞당길 수 있는 실리콘 제조용 캐스팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지용 다결정 실리콘 잉곳은 석영 또는 흑연 도가니에 원료 실리콘을 충진 한 후 용융 및 방향성 응고과정을 통하여 제조된다. 최근 매년 수십% 정도에 이르는 태양전지의 수요 증가에 따라 태양전지용 다결정 실리콘 잉곳의 수요 역시 매년 큰 폭으로 증가하고 있다.
이와 같은, 종래 결정실리콘 제조장치가 일본국 출원번호 특허 평 11-101796호로 출원되었으며, 전형적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
이에 도시된 바와 같이, 챔버(2)의 안에 실리콘용융액(3)을 수용하는 용기(4)와, 상기 용기(4)가 탑재됨과 함께 챔버(2)의 외부로부터 냉매가 유입되어 용기(4)의 실리콘용융액(3)을 냉각시키는 냉각판(5)과, 상기 용기(4)와 냉각판(5)을 포위하는 복수의 단열부재로 형성된 포위부(6)와, 상기 용기(4)의 주위부를 둘러싸는 용기단열부재(4a)와, 상기 포위부(6)의 안에서 용기(4)의 위쪽으로 배치된 상부히터(7a)와, 아래쪽으로 배치된 하부히터(7b)와, 챔버(2)에 불활성가스를 유입하기 위한 가스유입구(8)와, 복수의 단열부재의 일부인 이동가능단열부재(6a)를 이동하는 단열부재 이동장치(9)와, 냉각판(5)의 주위에 배치하여 포위부(6)의 내부를 냉각판(5)의 상부(6b) 포위부(6)내 하부(6c)로 구분하는 단열재료의 칸막이 부재(6d)와, 상기 챔버(2)의 벽부분(2a)에는 2중구조를 하여 냉각수를 순환시키는 이중벽중공부(2b)로 구성된 실리콘 제조용 캐스팅 장치(1)로 구성된다.
상기와 같은, 종래의 실리콘 제조용 캐스팅 장치는 고체실리콘(3a)을 용기(4)에 담에 상/하부히터(7a,7b)로 가열하여 녹여서 실리콘용융액(3)이 되도록 한 후, 결정 생성을 위한 냉각시 이동가능단열부재(6a)를 이동하여 하부(6c)로 챔버(2)내의 차가운 불활성 가스를 유입과 냉각판(5)에 냉매를 순환시켜 용기(2)의 냉각속도를 향상되도록 하는 것이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 실리콘 제조용 캐스팅 장치는 용기단열부재가 용기를 단열하는 상태로 고정되어 있어 실리콘의 용융을 위한 가열시 히터의 열을 전달받는 용기단열부재로 차단되어 용융속도가 느려지는 문제점이 있었다.
더불어, 상기와 같은 종래의 실리콘 제조용 캐스팅 장치는 냉각판에 냉매를 공급해야함으로 구조가 복잡하며 별도의 냉매를 공급하는 공급장치가 필요하게 되어 장치의 운용이 번거로운 문제점이 있었다.
아울러, 상기와 같은 종래의 실리콘 제조용 캐스팅 장치는 결정 생성이 완료된 후 냉각시 용기의 밑부분만을 냉각함으로써 냉각속도가 느려지고, 다음 공정을 시행하기 위한 대기시간이 길어져 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
이로 인하여, 열의 전달 면적을 증대시켜 용융효율을 상승시키고, 결정화 과정이 완료되면 다음 공정을 위해 급속히 냉각시켜 대기시간을 단축시킬 수 있는 개선된 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치가 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로 단열을 해제하여 실리콘의 용융효율을 증대시키고, 반대로 결정 생성시에는 단열을 수행하며, 결정 생성이 완료되면 단열공간을 개방하여 급속 냉각이 이루어지도록 하는 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치를 제공하는데 목적이 있다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 일 방향 결정 성장에 필요한 용기의 측면 단열을 위해 별도의 단열재가 필요없이 측면단재의 일부분을 용기 단열용 단열재로 이용함으로써 구조가 간단해 지도록 하는 데 있다.
더불어, 본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 결정 생성이 완료되면 단열 공간의 단열 해제로 용기의 온도가 급속히 냉각되어 다음 공정을 빠르게 시행할 수 있도록 하는 데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 용기의 측면을 단열하는 이동단열재의 이동시 받침대에 의해 지지되어 이동장치의 휨 응력이나 변형이 발생되지 않도록 하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 불활성가스를 주입하는 가스유입구가 설치된 챔버와, 받침대의 상부로 안착되며 실리콘 용융액이 수용되는 용기와, 상기 용기 상/하부에 각각 위치되는 상/하부히터와, 상기 용기의 측면공간을 둘러 싸도록 측면단열재를 결합하고, 상기 측면단열재의 개방된 상하부에 상/하부단열재를 결합하여 폐쇄하되, 상기 하부단열재는 하부고정단열재에서 분리되는 하부이동단열재가 하부이동장치에 의해 이동되도록 형성된 단열재부로 이루어진 실리콘 제조용 캐스팅 장치에 있어서, 상기 단열재부의 측면단열재는 측면고정단열재와 측면이동단열재로 구성되어, 상기 측면이동단열재는 측면이동장치의 작동으로 받침대 상부면을 따라 수평으로 이동하고, 상기 단열재부의 상부단열재는 상부고정단열재와 상부이동단열재로 구성되어, 상기 상부이동단열재는 상부이동장치의 작동으로 승하강되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치를 제공한다.
이상에서와 같이 본 발명은 단열을 해제하여 실리콘의 용융효율을 증대시키고, 반대로 결정 생성시에는 단열을 수행하며, 결정 생성이 완료되면 단열공간을 개방하여 급속 냉각이 이루어지도록 하는 공정의 수행 시간이 짧아지는 효과가 있다.
그리고, 일 방향 결정 성장에 필요한 용기의 측면 단열을 위해 별도의 단열재가 필요없이 측면단열재의 일부분을 용기 단열용 단열재로 이용함으로써 구조가 간단해 지도록 하는 효과가 있다.
더불어, 실리콘 결정 생성이 완료되면 단열 공간의 단열 해제로 용기의 온도가 급속히 냉각되어 다음 공정을 빠르게 시행할 수 있어 생산량을 증대시킬 수 있 는 효과가 있다.
아울러, 용기의 측면을 단열하는 이동단열재의 이동시 받침대에 의해 지지되어 이동장치의 휨 응력이나 변형이 발생되지 않도록 하여 장치의 변형 및 고장이 발생되지 않는 효과가 있다.
이에 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치는 불활성가스를 주입하는 가스유입구(11)가 설치된 챔버(10)와, 받침대(21)의 상부로 안착되며 실리콘 용융액이 수용되는 용기(20)와, 상기 용기(20) 상/하부에 각각 위치되는 상/하부히터(30,40)와, 상기 용기(20)의 측면공간을 둘러싸도록 측면단열재(51)를 결합하고, 상기 측면단열재(51)의 개방된 상하부에 상/하부단열재(52,53)를 결합하여 폐쇄하되, 상기 하부단열재(53)는 하부고정단열재(53a)에서 분리되는 하부이동단열재(53b)가 하부이동장치(53c)에 의해 이동되도록 형성된 단열재부(50)로 캐스팅장치(100)가 구성된다.
상기 챔버(10)는 외벽(12)과 내벽(13) 사이에 중공부(10a)가 형성되는 2중벽 구조로, 중공부(10a)로는 냉각수가 유동된다.
상기 용기(20)는 고체실리콘(22)이 열에 의해 녹아서 용융된 실리콘 용융액(22)이 저장되도록 구성된다.
상기 상/하부히터(30,40)는 단열재부(50)의 내부공간에서 용기(20)의 상하부를 가열하도록 위치되며, 단열재부(50) 및 챔버(10)의 상,하부를 관통하여 설치되는 전극(31,41)이 연결되고, 상부히터(30)에는 열전대(32)가 연결된다.
상기 단열재부(50)는 챔버(10)의 내부공간(10b)에서 용기(20)의 전/후/좌/우 사방 측면에 위치되는 측면단열재(51), 상부를 단열하는 상부단열재(52), 하부를 단열하는 하부단열재(53)가 육면체 공간이 형성되도록 결합되며, 고정을 위해 측면단열재(51), 상부단열재(52), 하부단열재(53)의 외측면과 챔버(10)의 내벽(13)을 연결하는 지지구(57)에 결합된다.
그리고, 상기 단열재부(50)의 내부공간은 용기(20)가 안착되는 받침대(21)에 의해 용기(20)가 위치되는 단열공간인 상부공간(50a)과 하부공간(50b)으로 분할되며, 상부공간(50a)에는 상부히터(30), 하부공간(50b)에는 하부히터(40)가 위치된다.
더불어, 상기 단열재부(50)의 측면단열재(51) 일부분이 받침대(21)에 지지된 상태로 실리콘 용융시에는 단열 해제를 위해 용기(20)에서 분리되며, 실리콘 결정 생성을 위한 냉각시에는 단열을 위해 용기(20)에 밀착된다.
이러한, 상기 측면단열재(51)는 측면고정단열재(51a)에서 일부분 분리되어 용기(20)의 사방측면을 단열하는 측면이동단열재(51b)와, 상기 측면이동단열재(51b)를 수평 이동시키는 측면이동장치(51c)로 구성된다.
이렇게, 상기 측면단열재(51)는 측면이동단열재(51b)가 측면이동장치(51c)의 구동으로 좌/우방향으로 수평 이동될 때 받침대(21)의 상부면에 접촉 지지되면서 미끄럼 이동되는 것이다.
아울러, 상기 상부단열재(52)는 상부고정단열재(52a)에서 일부분 분리되는 상부이동단열재(52b)와, 상기 상부이동단열재(52b)를 승/하강시키는 상부이동장치(52c)로 구성된다.
또한, 상기 하부단열재(53)는 일부인 하부이동단열재(53b)가 하부고정단열재(53a)에서 하부이동장치(53c)에 의해 분리되어 승/하강되도록 구성된다.
상기 측면이동장치(51c), 상부이동장치(52c), 하부이동장치(53c)는 공압으로 구동되는 공압실린더로 구성할 수 있다.
즉, 고체실리콘의 용융단계에서는 측면이동단열재(51b)가 이격되고, 실리콘 결정 성장단계에서는 측면이동단열재(51b)가 용기에 밀착되는 동시에 하부 단열재(51)는 단열공간을 개방하여 일방향 응고가 진행되게 하며, 실리콘 결정 생성이 완료되면 단열재부(50)의 측면단열재(51)는 단열이 해제됨과 동시에 상부단열재(52)와 하부단열재(51)의 상부이동단열재(52b) 및 하부이동단열재(53b)가 각각 상/하부로 이동함으로써 단열공간을 개방하여 용기(20)가 급속히 냉각되도록 구성된 것이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
1) 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 캐스팅장치(100)를 이용하여 실리콘 결정을 생성하는 과정을 살펴보면, 챔버(10)의 문(도면상 미도시)을 열고 고체실리콘(22)을 용기(20)에 담은 후 용기(20)를 받침대(21)에 안착시킨다.
2) 상기 챔버(10)의 문을 닫고 내부에 존재하는 공기를 진공펌프(도면상 미 도시)로 배기하여 진공상태가 되도록 한다.
3) 상기 챔버(10)의 가스유입구(11)를 통하여 불활성 가스를 충진한다.
4) 상기 상부히터(30)와 하부히터(40)에 전력을 인가하여 단열재부(50)의 단열공간인 상부공간(50a), 하부공간(50b)을 가열한다. 그리고, 상기 상/하부히터(30,40)의 온도는 고체실리콘(22)이 용융하는 1410℃보다 다소 높은 온도까지 상승시켜 용기(20)에 담겨진 고체실리콘(22)을 완전히 용융시킨다.
더불어, 상기 상부히터(30)의 열은 직접 용기(20)의 상부를 가열하고, 하부 히터(40)의 열은 받침대(21)를 통하여 전도되어 용기(20)의 밑면을 가열한다.
이때, 단열재부(50)의 측면단열재(51)를 구성하는 측면이동단열재(51b)는 용기(20)와 이격되도록 측면이동장치(51c)의 구동시켜 단열을 해제함으로써 상부히터(30)의 열이 용기(20)의 전/후/좌/우 사방면에 직접 전달되도록 하며, 상/하부단열재(52,53)의 상부이동단열재(52b)와 하부이동단열재(53b)는 상/하부공간(50a,50b)이 폐쇄되도록 각각 하강, 승강한 상태에서 고체실리콘(22)이 완전히 용융시키게 된다.
5) 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 고체실리콘(22)이 실리콘 용융액(23)로 녹으면, 상부히터(30)는 ON상태를 유지하되 하부히터(40)는 OFF시킨다.
이때, 단열재부(50)의 측면단열재(51)를 구성하는 측면이동단열재(51b)는 용기(20)를 단열하도록 측면이동장치(51c)를 구동시켜 용기(20)의 전/후/좌/우 사방면을 감싸고, 하부단열재(53)의 하부이동단열재(53b)는 하부공간(50b)이 챔버(10)의 내부공간(10b)과 연통되도록 하부이동장치(53c)의 구동으로 하강시키면, 챔 버(10)의 중공부(10a)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각되어진 찬 공기가 유입되면서 실리콘 용융액(23)이 담겨진 용기(20)의 밑바닥부터 서서히 냉각된다.
그리고, 상기 상부히터(30)의 발열량과 하부이동단열재(53b)의 개방 면적을 조절하여 용기(20) 내의 실리콘 용융액(23) 상부는 계속 용융상태를 유지하면서 하부에서부터 천천히 고체 상태로 응고하도록 온도 냉각 속도를 조절한다.
더불어, 상기 단열재부(50)의 측면이동단열재(51b)는 용기(20)의 측면으로 방열이나 입열을 방지하여 실리콘 용융액(23)의 내부에 수평방향의 온도 경사가 발생하지 않도록 한다. 이때, 용기(20)의 측면 온도가 중심부보다 낮거나 높아지면 결정의 방향이나 불순물 농도가 불규칙하게 되어 생산된 결정 잉곳의 품질이 나빠지고 수율도 낮아지게 되는 것을 방지하기 위함이다.
6) 상기 실리콘 결정의 방향과 순도가 가장 좋게 응고되는 속도로 냉각 속도를 조정하여, 즉 상부히터(30)의 발열량과 하부이동단열재(53b)의 개방 면적을 조절하여 실리콘 용융액(23)을 전부 고상으로 응고시킨 후에 온도를 약 1200℃ 정도로 낮추어 유지하면서 제조된 결정실리콘(24)의 열 응력을 해소하는 어닐링 공정을 시행한다.
7) 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 어닐링 공정이 끝나면 상부히터(30)를 끄고, 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)를 측면고정단열재(51a)에 결합되도록 이동하여 원위치시키고 상부단열재(52)의 상부이동장치(52c)를 구동시켜 상부이동단열재(52b)를 개방하여 챔버(10)의 중공부(10a)를 유동하는 냉각수에 의해 냉각된 차가운 불활성 가스가 용기(20)가 빠른 속도로 냉각되도록 한다.
이때, 상기 하부단열재(53)의 하부이동단열재(53b)는 개방된 상태를 유지한다.
8) 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 용기(20) 및 챔버(10)가 충분히 냉각되면 상부이동단열재(52b)와 하부이동단열재(53b)를 원위치시켜 상/하부공간(50a,50b)이 폐쇄되도록 한다.
이후, 상기 챔버(10)의 문을 열고 제조된 실리콘 결정을 인출하는 과정으로 실리콘 결정 생성 공정이 완료된다.
이로써, 상기 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)가 용기(20)의 단열 해제 및 보온을 위해 이동시 받침대(21)에 의해 지지되어 측면이동장치(51)에 무리한 하중이 전달되지 않으며, 실린더 축(도번호 미도시)에 휨 변형이 발생되지 않게 되어 구조적으로 안정된 상태로 작동이 이루어지는 이점이 있다.
그리고, 상기 고체실리콘(22)을 용융시키는 용융과정에서는 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)가 용기(20)에서 이격되어 단열을 해제시켜 상/하부히터(30,40)의 열이 직접 전달되도록 하여 용융효율이 증대되는 장점이 있다.
더불어, 상기 실리콘 용융액(23)을 결정화시키는 결정생성과정에서는 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)가 용기(20)에 접촉되어 측면으로의 온도 경사를 최소화하는 동시에 하부이동단열재(53b)를 개방하여 챔버(10)의 내부공간(10b)에 충진되어진 차가운 불활성 가스를 유입시킴으로써 상하 일 방향으로 지향성을 고도화함으로써 고품질의 실리콘 결정을 높은 수율로 제조되도록 보온하는 이점이 있다.
아울러, 상기 결정화과정이 종료되면 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)는 용기(20)에서 이격되고, 상부단열재(52)의 상부이동단열재(52b)를 이동시켜 상부공간(50a)과 챔버(10)의 내부공간(10b)을 연통시켜 냉각 불활성 가스를 유입시켜 용기(20)가 급속히 냉각되도록 하여 다음 공정과의 시간 손실이 적게 발생되는 장점이 있는 것이다.
이때, 상기 하부단열재(53)의 하부이동단열재(53b)는 결정화 단계에서 하부공간(50a)과 챔버(10)의 내부공간(10b)이 연통되게 이동된 상태를 유지한다.
즉, 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b), 상/하부단열재(52,53)의 상/하부이동단열재(52b,53b)가 모두 이동 가능한 구조로 함으로써 방향성 응고를 고도화하면서 용융속도와 냉각속도를 빠르게 하여 실리콘 결정 제조의 생산성을 획기적으로 향상시키는 것이다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 결정실리콘 제조장치의 구성을 나타낸 전체 종단면도,
도 2는 본 발명에 따른 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치의 구성을 나타낸 전체 종 단면도,
도 3은 도 2 상태에서 고체실리콘을 용융시키기 위한 용융 작동을 나타낸 전체 종 단면도,
도 4는 도 3의 용융과정 후 실리콘 결정을 생성하기 위한 냉각 작동을 나타낸 전체 종 단면도,
도 5는 도 3의 결정화 과정 후 급속 냉각 작동을 나타낸 전체 종 단면도,
도 6은 고체실리콘을 결정화 실리콘으로 제조하는 온도와 시간과의 상관 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 챔버 10a : 중공부
11 : 가스유입구 12 : 외벽
13 : 내벽 20 : 용기
21 : 받침대 22 : 고체실리콘
23 : 실리콘 용융액 24 : 결정실리콘
30 : 상부히터 31 : 전극
32 : 열전대 40 : 하부히터
41 : 전극 50 : 단열재부
50a : 상부공간 50b : 하부공간
51 : 측면단열재 51a : 측면고정단열재
51b : 측면이동단열재 51c : 측면이동장치
52 : 상부단열재 52a : 상부고정단열재
52b : 상부이동단열재 52c :상부이동장치
53 : 하부단열재 53b : 하부이동단열재
53c : 하부이동장치 53a : 하부고정단열재
57 : 지지구 100 : 캐스팅장치

Claims (3)

  1. 불활성가스를 주입하는 가스유입구(11)가 설치된 챔버(10)와, 받침대(21)의 상부로 안착되며 실리콘 용융액이 수용되는 용기(20)와, 상기 용기(20) 상/하부에 각각 위치되는 상/하부히터(30,40)와, 상기 용기(20)의 측면공간을 둘러싸도록 측면단열재(51)를 결합하고, 상기 측면단열재(51)의 개방된 상하부에 상/하부단열재(52,53)를 결합하여 폐쇄하되, 상기 하부단열재(53)는 하부고정단열재(53a)에서 분리되는 하부이동단열재(53b)가 하부이동장치(53c)에 의해 이동되도록 형성된 단열재부(50)로 이루어진 실리콘 제조용 캐스팅 장치에 있어서,
    상기 단열재부(50)의 측면단열재(51)는 측면고정단열재(51a)와 측면이동단열재(51b)로 구성되어, 상기 측면이동단열재(51b)는 측면이동장치(51c)의 작동으로 받침대(21) 상부면을 따라 수평으로 이동하고,
    상기 단열재부(50)의 상부단열재(52)는 상부고정단열재(52a)와 상부이동단열재(52b)로 구성되어, 상기 상부이동단열재(52b)는 상부이동장치(52c)의 작동으로 승하강되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측면단열재(51)의 측면이동단열재(51b)는 실리콘 용융시에 측면이동장치(51c)의 작동에 의해 용기(20) 외측면과 이격되도록 이동하여 단열을 해제하고, 결정생성 냉각시에는 용기(20)의 외측면과 밀착되도록 이동하여 단열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상부단열재(52)의 상부이동단열재(52b)는 실리콘 용융과 결정생성 냉각시에 상부이동장치(52c)의 작동에 의해 하강되어 단열부재(50)의 내부공간을 폐쇄하고, 급속냉각시에는 승강되어 단열재부(50)의 내부공간을 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 제조용 캐스팅 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120248286A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) Systems For Insulating Directional Solidification Furnaces

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5762841B2 (ja) * 2011-06-21 2015-08-12 東京エレクトロン株式会社 半導体製造装置
ITTO20130258A1 (it) * 2013-03-28 2014-09-29 Saet Spa Dispositivo e metodo per produrre un blocco di materiale multicristallino, in particolare silicio, mediante solidificazione direzionale
CN103409798B (zh) * 2013-08-03 2016-02-24 安徽大晟新能源设备科技有限公司 准单晶铸锭炉的下加热器固定结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000290096A (ja) 1999-04-08 2000-10-17 Mitsubishi Materials Corp 結晶シリコン製造装置
JP2001048696A (ja) 1999-08-06 2001-02-20 Mitsubishi Materials Corp 結晶シリコン製造装置
KR20070118945A (ko) * 2006-06-13 2007-12-18 김영조 다결정 실리콘 잉곳 제조장치
KR20080068423A (ko) * 2007-01-19 2008-07-23 주식회사 글로실 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7344596B2 (en) * 2005-08-25 2008-03-18 Crystal Systems, Inc. System and method for crystal growing
US8057598B2 (en) * 2006-06-13 2011-11-15 Young Sang Cho Manufacturing equipment for polysilicon ingot
TW200928018A (en) * 2007-12-21 2009-07-01 Green Energy Technology Inc Crystal-growing furnace with convectional cooling structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000290096A (ja) 1999-04-08 2000-10-17 Mitsubishi Materials Corp 結晶シリコン製造装置
JP2001048696A (ja) 1999-08-06 2001-02-20 Mitsubishi Materials Corp 結晶シリコン製造装置
KR20070118945A (ko) * 2006-06-13 2007-12-18 김영조 다결정 실리콘 잉곳 제조장치
KR20080068423A (ko) * 2007-01-19 2008-07-23 주식회사 글로실 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120248286A1 (en) * 2011-03-31 2012-10-04 Memc Singapore Pte. Ltd. (Uen200614794D) Systems For Insulating Directional Solidification Furnaces

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