KR101139846B1 - The apparatus equipped with effective insulating/protection plates for manufacturing of the polycrystalline silicon ingot for solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 잉곳 제조장치의 도어 개폐시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진공챔버 내에 구비된 도가니와 이를 감싸 보호하는 써셉터(suseptor), 도가니 내의 실리콘 원소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터수단, 써셉터의 하측에 소정간격 이격되고, 이동공이 통공된 단열층, 단열층의 이동공을 통해 승강되어 도가니를 냉각시키는 냉각수단, 단열층의 이동공을 개폐하고, 냉각수단에 의해 승강되어 냉각수단의 냉기를 써셉터에 전달하기 위한 도어, 진공챔버 내로 불활성기체를 공급 및 진공내의 불활성기체를 외부로 배출시키는 불활성기체 공급 및 배출부, 도가니의 온도를 측정하는 온도센서 및 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 히터수단과 냉각수단을 제어하여 도가니 내의 온도를 제어하고, 불활성기체 공급 및 배출부를 제어하여 진공챔버 내의 불활성기체를 일정수준으로 유지시키는 제어부를 갖는 태양전지용 다결정 잉곳 제조장치에 있어서, 써셉터의 하측에 다수의 지지대가 구비되고, 도어는 단열층의 이동공보다 크게 형성되어 그 상측을 덮되, 지지대를 따라 이동 가능하도록 구비되어, 도가니의 냉각시 냉각수단이 승강될 경우, 이 냉각수단에 의해 도어가 다수의 지지대를 따라 수평을 유지하며 용이하게 승강시켜 써셉터로의 냉기전달 및 이동공을 폐쇄시킨다.The present invention relates to a door opening and closing system of a polycrystalline ingot manufacturing apparatus, and more particularly, a crucible provided in a vacuum chamber, a susceptor surrounding and protecting the same, and heater means for applying heat to melt the silicon raw material in the crucible. , A predetermined interval spaced below the susceptor, the heat insulating layer through which the moving hole is perforated, the cooling means for lifting the crucible by lifting through the moving hole of the heat insulating layer, opening and closing the moving hole of the heat insulating layer, and lifting and lowering by the cooling means to cool the air of the cooling means. Door for delivering to the susceptor, inert gas supply and discharge section for supplying inert gas into the vacuum chamber and discharging the inert gas in the outside, temperature sensor for measuring the temperature of the crucible and the output value of the temperature sensor in the crucible The temperature in the crucible is controlled by controlling the heater means and the cooling means to melt and uniformly grow the silicon. In the solar cell polycrystalline ingot manufacturing apparatus having a control unit for controlling the inert gas supply and discharge to maintain a constant level of the inert gas in the vacuum chamber, a plurality of supports are provided on the lower side of the susceptor, the door is a heat insulating layer It is formed larger than the moving hole and covers the upper side, and is provided to be movable along the support. When the cooling means is lifted during the cooling of the crucible, the door is easily horizontally lifted along the plurality of supports by the cooling means. To close the cold air transfer to the susceptor and the moving hole.
Description
본 발명은 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도가니 냉각을 위해 이동되는 제1단열보호판이 기울어지는 것을 방지하고, 냉각수단의 냉기가 도가니 하단부만 냉각시키도록 제2단열보호판을 구비하여 냉각수단의 이동공간을 진공챔버 내부공간부에서 구획함에 따라 도가니 파손 시 액상 실리콘이 단열판의 이동공을 통해 누출되는 것을 방지하고, 냉각수단의 냉기를 도가니에 용이하게 전달하여 다결정을 성장시킬 수 있는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having a heat insulating protective plate, and more particularly, to prevent the first heat insulating protective plate which is moved for cooling the crucible from inclination, and allowing the cold air of the cooling means to cool only the bottom of the crucible. The second insulation protection plate is provided so that the moving space of the cooling means is partitioned in the inner space of the vacuum chamber to prevent the liquid silicon from leaking through the moving hole of the heat insulating plate when the crucible is broken, and the cold air of the cooling means can be easily The present invention relates to a solar cell polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having an effective heat insulating protective plate capable of growing polycrystals.
최근 결정질 실리콘 태양전지에 의한 태양광 발전은 무공해, 안정성, 신뢰성 등의 장점으로 인해 시험적인 단계를 지나 상업화 단계에 이르렀다.Recently, the photovoltaic power generation by crystalline silicon solar cells has reached the commercialization stage after the trial phase due to the advantages of pollution-free, stability and reliability.
그 결과 독일, 스페인, 한국 등의 나라에선 실리콘 태양전지를 이용하여 수천 ~ 수만 Kw 용량의 대용량 태양광 발전이 이루어지고 있다.As a result, large-capacity solar power generation of thousands to tens of thousands of kilowatts is being achieved using silicon solar cells in countries such as Germany, Spain and Korea.
현재 태양광 발전에 이용되고 있는 태양전지는 주로 Czochralski 인상법에 의해 제조된 단결정 실리콘 잉곳이나 Bridgman 방식에 의한 다결정 실리콘 잉곳을 이용하여 제조하고 있는데, 앞으로의 지속적인 대규모 용량화와 경제성 증진을 위해서는 실리콘 잉곳과 기판의 가격을 낮추고 생산성을 더욱 높여야 할 것으로 인식되고 있다.Currently, solar cells used for photovoltaic power generation are mainly manufactured using monocrystalline silicon ingots manufactured by the Czochralski impression method or polycrystalline silicon ingots by the Bridgman method. It is recognized that the cost of the substrate and the substrate should be lowered and the productivity increased.
이와 같은 배경 아래 특히 실리콘 잉곳과 기판의 물성이 단결정의 그것보다 크게 저하되지 않으면서도 원가 절감이 용이한 다결정 실리콘 잉곳의 효율적인 생산에 많은 노력이 기울여져 왔다.Under these circumstances, much effort has been devoted to the efficient production of polycrystalline silicon ingots, which are easy to reduce cost, while the physical properties of silicon ingots and substrates are not significantly lower than those of single crystals.
태양전지용 다결정 실리콘 잉곳의 제조는 기본적으로 “방향성 응고”를 특징으로 하고 있다.The manufacture of polycrystalline silicon ingots for solar cells is basically characterized by "directional solidification".
석영이나 흑연으로 제조된 도가니 속에 태양전지급 원료 실리콘을 충진하고 이를 1420℃ 이상에서 용융시킨 후 실리콘의 응고열을 도가니 하부 쪽의 일정방향으로 제거하면 고화가 도가니 하부로부터 상부 쪽으로 퍼져나가는 방식이 방향성 응고 공정이다.After filling the silicon-grade raw material silicon in the crucible made of quartz or graphite and melting it at 1420 ℃ or higher, if the solidification heat of silicon is removed in the direction of the lower side of the crucible, the solidification spreads from the bottom of the crucible to the upper direction. It is a process.
잘 제어된 방향성 응고공정의 결과로 얻어진 잉곳은 많은 수의 단결정 기둥이 한 방향으로 합체된 주상구조(columnar structure)를 갖게 되어 결정 성장방향과 수직으로 기판을 제조하면 단결정과 마찬가지로 광에 의해 생성된 전자가 손실없이 전극 쪽으로 포집될 수 있는 구조가 된다.The ingot obtained as a result of a well-controlled directional solidification process has a columnar structure in which a large number of single crystal pillars are coalesced in one direction. The structure is such that electrons can be collected toward the electrode without loss.
현재 상업 규모의 태양전지용 다결정 실리콘 잉곳은 크기가 약 400~450kg 정도로서, 고품질을 확보하기 위해 회분(batch)방식으로 1회에 한개씩 제조하고 있는데 통상 2일 이상의 긴 공정 시간과 많은 전력 소모, 비싼 장치비를 수반하고 있다.At present, commercial-scale polycrystalline silicon ingots for solar cells are about 400-450 kg in size, and they are manufactured one at a time by batch method to ensure high quality. It usually takes longer than 2 days, high power consumption, and expensive equipment cost. Entails.
기술적 핵심 사항으로는 원료 실리콘을 녹이고 방향성 응고시키되, 결정구조가 주상구조이고 결정입계(grain size)가 크며 결정결함(crystalline defect)과 불순물(impurity) 혼입이 충분히 적은 양질의, 즉, 태양전지용 사양에 맞는 다결정 잉곳을 제조하는 것이다.The technical key point is that the raw material silicon is melted and directional solidified, but the crystal structure is columnar structure, the grain size is large, and the quality of the solar cell is small enough to include crystalline defect and impurity. To produce a polycrystalline ingot to fit.
이의 구현을 위해서는 잉곳 제조장치의 핫죤(hot zone)을 구성하는 히터(heater)와 단열부, 방향성 응고를 위한 하부 열전달 시스템 및 단열 시스템, 불활성 가스와 진공 시스템, 그리고 도가니 코팅과 용융 실리콘 누설 대비 시스템 등의 최적설계와 더불어 실리콘 용융 및 응고 속도, 열처리 속도와 같은 공정변수들의 최적화가 수반되어야 한다.To achieve this, the heater and the heat insulator forming the hot zone of the ingot manufacturing apparatus, the bottom heat transfer system and heat insulation system for directional solidification, the inert gas and vacuum system, the crucible coating and the molten silicon leakage contrast system In addition to the optimal design, the process parameters such as silicon melting and solidification rate and heat treatment rate must be accompanied.
기존의 관련된 기술개발들은 이러한 장치 및 공정상의 개선을 꾀하여 잉곳의 고품질화와 더불어 생산성과 경제성을 극대화하는데 초점이 맞추어져 왔다.
Existing related technology developments have been focused on maximizing productivity and economics as well as high quality ingots by improving these devices and processes.
종래의 잉곳제조 장치의 성능은 대부분 가열 및 냉각에 소요되는 공정시간의 단축과 더불어 얻어지는 잉곳의 주요 물성인 결정결함과 금속 불순물 혼입 등의 최소화 및 주상구조 분율의 극대화 등에 좌우된다.The performance of the conventional ingot manufacturing apparatus is largely dependent on the shortening of the process time required for heating and cooling, the minimization of crystal defects and the incorporation of metal impurities, and the maximization of the columnar structure fraction, which are the main physical properties of the ingot obtained.
가열 및 냉각 등의 공정변수는 단열 및 냉각 시스템의 구성과 같은 장치의 최적화와 관련되어 있어 히터 주위에 설치하는 단열재 등의 배치가 중요하며, 그 중에서도 냉각수단과 접하는 도가니 지지대 주변의 단열 및 냉각 시스템이 매우 중요하다.Process variables such as heating and cooling are related to the optimization of the device, such as the configuration of the insulation and cooling system. Therefore, the arrangement of the insulation material around the heater is important. very important.
일반적인 단열시스템은 단열재를 도가니 상하 좌우 외측에 설치하는 것이 일반적인 방법이나, 도가니에 충진된 원료 실리콘의 용융 후 냉각을 위한 열교환 시스템은 각각의 장비마다 그 특징이 있다.In general, the heat insulation system is installed in the upper, lower, left and right outside of the crucible, but the heat exchange system for melting and cooling the raw silicon filled in the crucible is characterized by each equipment.
열교환 시스템을 도가니 지지대 위에 사용하는 초창기 장비의 경우에는 용융에 걸리는 소요시간이 길어져 공정시간이 길어진다는 문제점이 있고, 또한 실리콘의 응고열이 도가니 하부 쪽으로만 제거되지 못하고 벽면 방향으로도 동시에 이루어져 잉곳 전 면적에 걸쳐 주상구조가 이루어지지 못하고 벽면에서는 벽면과 수직하게 결정 성장이 이루어져 잉곳의 품질 저하를 가져온다.In the early stage of equipment using heat exchanger on the crucible support, there is a problem that the time required for melting is longer and the process time is longer.In addition, the solidification heat of silicon is not removed only to the bottom of the crucible but also simultaneously in the wall direction. The columnar structure is not formed over the wall and crystal growth occurs perpendicularly to the wall, resulting in deterioration of the quality of the ingot.
도가니 지지대를 고정식으로 별도로 설치하고 원료 실리콘의 가열 시에는 하부 쪽의 단열재를 밀폐상태를 유지하며, 원료 실리콘의 완전 융융 후 결정성장을 꾀하는 최근의 장치의 경우에는 단열재의 수평 제거나 수직 제거 등이 제시되어 긴 공정시간 등이 상당부분 개선되었으나 장치의 편리성 및 현실적인 적용에 한계가 있고, 또한 실리콘 응고열을 도가니 하부 쪽으로 제거하는 과정에서 도가니 측면부위로의 열전달이 일부 이루어져 일방향성 응고가 잉곳 최상 부까지 완전히 이루어지지 못하고 벽면 방향과 동시에 이루어지는 한계가 있었다.
The crucible support is fixedly installed separately, and when the raw material silicon is heated, the lower part of the insulating material is kept in a closed state, and in the case of a recent device that seeks crystal growth after complete melting of the raw material silicon, horizontal removal or vertical removal of the insulating material is required. Although the long process time has been greatly improved, there is a limit to the convenience and practical application of the device, and in the process of removing the silicon solidification heat toward the bottom of the crucible, the heat transfer to the side of the crucible is partially performed, so that the unidirectional solidification reaches the top of the ingot. There was a limit that was not achieved completely and coincided with the wall direction.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 원료 실리콘이 충진되는 도가니를 지지하는 다수의 지지봉을 따라 이동될 수 있는 도어 기능의 제1단열보호판을 구비하여 냉각수단의 승강에 의해 기울어짐과 변위 없이 용이하게 승강될 수 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, having a first insulating protective plate of the door function that can be moved along a plurality of support rods for supporting the crucible filled with the raw material silicon to the lifting of the cooling means It can be easily lifted up and down without tilting and displacement.
그리고 도가니 지지대와 이동공이 형성된 단열층 사이 공간을 밀폐시키는 제2단열보호판을 구비하여 결정성장 시 도가니 외부 측면을 통한 열손실을 방지할 수 있음은 물론, 결정 성장 시 응고열을 도가니 하부 쪽으로만 한정하여 일방향성 응고가 이루어지며, 이는 고효율 다결정 실리콘 태양전지 제조에 적합한 완전 주상구조이기 때문에 사용 가능한 잉곳의 분율이 크게 향상된다.In addition, a second insulation protection plate for sealing the space between the crucible support and the heat insulating layer formed with the moving hole can prevent heat loss through the outside side of the crucible during crystal growth, and also limit the solidification heat during the crystal growth toward the lower part of the crucible. Directional coagulation is achieved, and the fraction of usable ingot is greatly improved because it is a fully columnar structure suitable for the production of high efficiency polycrystalline silicon solar cells.
또한 제2단열보호판은 도가니 파손시 액상 실리콘이 단열판의 이동공을 통해 유출되는 것을 방지하여 다른 장치 등을 손상시키는 안전사고를 방지할 수 있는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치를 제공하는 것이 목적이다.
In addition, the second insulation protection plate is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells having an effective insulation protection plate that prevents the safety silicon that damages other devices by preventing liquid silicon from leaking through the moving hole of the insulation plate when the crucible is damaged. The purpose is to provide.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 진공챔버; 상기 진공챔버 내에 구비되어 실리콘 원료가 각각 담겨져 다결정 실리콘 잉곳이 제조되는 도가니; 상기 도가니를 감싸 보호하는 써셉터(suseptor); 상기 도가니를 가열시켜 담겨진 실리콘 원료를 용융시키는 히터수단; 상기 써셉터를 지지하도록 수평방향으로 형성된 도가니 지지대; 상기 도가니 지지대의 하측으로 일정간격 이격되고, 이동공이 통공된 단열층; 상기 도가니 지지대의 하측을 지지하도록 구비되는 다수의 지지봉; 상기 단열층 하측에 구비되며, 상기 이동공을 통해 승강되어 상기 도가니를 냉각시키는 냉각수단; 상기 단열층의 이동공보다 크게 형성되어 그 상측을 덮어 개폐시키되, 상기 지지봉을 따라 이동 가능하도록 구비된 도어 기능의 제1단열보호판; 진공챔버 내로 불활성기체를 공급 및 진공내의 불활성기체를 외부로 배출시키는 불활성기체 공급 및 배출부; 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 상기 히터수단과 냉각수단을 제어하여 도가니 내의 온도를 제어하고, 상기 불활성기체 공급 및 배출부를 제어하여 진공챔버 내의 불활성기체를 일정수준으로 유지시키는 제어부를 포함하여 이루어지며, 상기 도가니의 냉각을 위해 냉각수단이 승강될 경우, 상기 제1단열보호판은 다수의 지지봉을 따라 수평상태를 유지시키며 승강된다.The present invention for achieving the above object, a vacuum chamber; A crucible provided in the vacuum chamber to contain a silicon raw material to manufacture a polycrystalline silicon ingot; A susceptor for wrapping and protecting the crucible; Heater means for melting the silicon material contained by heating the crucible; A crucible support formed in a horizontal direction to support the susceptor; A thermal insulation layer spaced apart from the crucible support by a predetermined interval and having a through hole; A plurality of support rods provided to support the lower side of the crucible support; Cooling means provided on the lower side of the heat insulating layer, and is elevated by the moving hole to cool the crucible; A first heat insulating protective plate having a door function formed larger than the moving hole of the heat insulating layer to cover the upper side thereof and being opened and closed to move along the support rod; An inert gas supply and discharge unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber and discharging the inert gas in the vacuum to the outside; A temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; And controlling the temperature in the crucible by controlling the heater means and the cooling means to achieve uniform melting of the silicon in the crucible by receiving the output value of the temperature sensor, and controlling the inert gas supply and discharge parts to control the inert gas in the vacuum chamber. It is made to include a control unit for maintaining a constant level, when the cooling means for the cooling of the crucible, the first insulation protection plate is elevated while maintaining a horizontal state along a plurality of support rods.
바람직하게, 상기 지지봉은, 상기 이동공에 인접한 단열층에 관통 설치되고, 상기 제1단열보호판은 각 지지봉이 관통 설치되는 각 가이드공이 형성된다.Preferably, the support rod is installed through the heat insulating layer adjacent to the moving hole, the first heat insulating protective plate is formed with each guide hole through which the support rod is installed.
그리고 상기 지지봉은, 상기 이동공에 인접한 단열층에 관통 설치되고, 상기 제1단열보호판은 각 지지봉의 일면이 닿아 설치되는 각 가이드홈이 형성된다.The support rod is penetrated to the heat insulation layer adjacent to the moving hole, and the first heat insulation protection plate is formed with each guide groove to which one surface of each support rod is in contact.
또한, 상기 단열층의 이동공 외측을 따라 상기 제1단열보호판이 안착될 수 있는 안착홈이 형성된다.In addition, a seating groove in which the first insulation protection plate is seated is formed along the outside of the moving hole of the heat insulation layer.
그리고 상기 도가니 지지대와 이동공이 형성된 단열층 사이 공간을 구획하는 제2단열보호판이 수직방향으로 더 구비되고, 그 내부공간을 따라 냉각수단과 제1단열보호판이 승강된다.In addition, a second insulation protection plate for partitioning the space between the crucible support and the heat insulation layer is formed in the vertical direction, the cooling means and the first insulation protection plate is elevated along the inner space.
또한, 상기 제2단열보호판은 흑연으로 형성되며, 하단이 상기 단열층의 상면과 밀폐되고, 상단은 도가니 지지대의 하면이나 외측면과 밀폐된다.In addition, the second insulation protection plate is formed of graphite, the lower end is sealed with the upper surface of the heat insulating layer, the upper end is sealed with the lower surface or the outer surface of the crucible support.
그리고 상기 제2단열보호판은 외측면에 펠트층이 더 구비된다.The second insulation protective plate is further provided with a felt layer on the outer surface.
또한, 상기 도가니는 다수 개 구비되고, 상기 히터수단은 각 도가니 외측에 각각 구비되어 각 도가니를 가열시키며, 상기 냉각수단은 각 도가니 하측에 각각 구비되어 각 도가니를 냉각시키되, 각 냉각수단이 승강되기 위한 이동공이 상기 단열층에 형성된다.
In addition, a plurality of crucibles are provided, and the heater means are respectively provided on the outside of each crucible to heat each crucible, and the cooling means are respectively provided below each crucible to cool each crucible, but each cooling means is elevated. Moving hole for is formed in the heat insulating layer.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 다결정 잉곳 제조장치의 도어 개폐시스템에 의하면, 냉각수단에 의해 도어를 승강시키되, 써셉터를 지지하는 지지대를 따라 승강되어 수평상태 및 위치를 유지함에 따라 용이하게 승강될 수 있고, 이에 따라, 써셉터에 냉기를 용이하게 전달함은 물론, 단열층의 이동공을 개폐시킬 수 있어 다결정을 성장시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.
As described above, according to the door opening and closing system of the polycrystalline ingot manufacturing apparatus according to the present invention, the door is lifted by the cooling means, and is easily lifted by maintaining the horizontal state and position by lifting the door along the support for supporting the susceptor. Therefore, it is a very useful and effective invention that can easily transfer cold air to the susceptor, as well as open and close the moving hole of the heat insulating layer to grow the polycrystal.
도 1은 본 발명에 따른 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 제1단열보호판과 제2단열보호판을 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 제1단열보호판과 제2단열보호판의 부분 단면사시도를 도시한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 제1단열보호판과 냉각수단의 작동상태를 도시한 도면이며,
도 5는 본 발명에 따른 제1단열보호판의 다른 실시 예를 도시한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 단열층 이동공에 안착홈이 더 형성된 상태를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명에 따른 제2단열보호판의 평면도를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells having an effective thermal protection plate according to the present invention,
2 is a view showing a first heat insulating protective plate and a second heat insulating protective plate according to the present invention;
3 is a view showing a partial cross-sectional perspective view of the first heat insulating protective plate and the second heat insulating protective plate according to the present invention;
4 is a view showing an operating state of the first thermal protection plate and the cooling means according to the present invention,
5 is a view showing another embodiment of the first insulating protective plate according to the present invention,
Figure 6 is a view showing a state in which a seating groove is further formed in the heat insulating layer moving hole according to the present invention,
7 is a view showing a plan view of the second thermal protection plate according to the present invention,
8 is a view showing another embodiment of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells having an effective thermal protection plate according to the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.In addition, the present embodiment is not intended to limit the scope of the present invention, but is presented by way of example only, and various modifications may be made without departing from the technical gist of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 제1단열보호판과 제2단열보호판을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 제1단열보호판과 제2단열보호판의 부분 단면사시도를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 제1단열보호판과 냉각수단의 작동상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 제1단열보호판의 다른 실시 예를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 단열층 이동공에 안착홈이 더 형성된 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 제2단열보호판의 평면도를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.1 is a view showing a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having an effective heat insulating protective plate according to the present invention, Figure 2 is a view showing a first heat insulating protective plate and a second heat insulating protective plate according to the present invention, Figure 3 Is a partial cross-sectional perspective view of the first insulation protective plate and the second insulation protection plate according to the present invention, Figure 4 is a view showing the operating state of the first insulation protection plate and the cooling means according to the present invention, Figure 5 6 is a view showing another embodiment of the first insulation protective plate according to the present invention, Figure 6 is a view showing a state in which a seating groove is further formed in the heat insulating layer moving hole according to the present invention, Figure 7 is a second according to the present invention 8 is a view showing a plan view of the thermal protection plate, Figure 8 is a view showing another embodiment of a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells having an effective thermal protection plate according to the present invention.
도면에서 도시한 바와 같이, 다결정 실리콘잉곳 제조장치(10)는 진공챔버(100)와 도가니(200), 써셉터(300), 히터수단(400), 단열층(500), 냉각수단(600), 제1단열보호판(700), 불활성기체 공급 및 배출부(미 도시), 온도센서(미 도시), 제어부(미 도시) 및 도가니 지지대(850)와 다수의 지지봉(800), 제2단열보호판(900)을 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the polycrystalline silicon
도가니(200)는 진공챔버(100) 내에 구비되어 실리콘이 담겨지도록 내부가 상측으로 개방되며, 써셉터(300)는 도가니(200)를 감싸 보호하도록 구비된다.The
그리고 히터수단(400)은 도가니(200)의 상측 및 둘레에 각각 설치되어 도가니(200) 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 것으로, 경우에 따라 도가니(200) 하측에도 구비되어 써셉터(300)를 가열함에 따라 도가니(200)를 가열하여 담겨진 실리콘 원 소재를 용융시키게 된다.And the heater means 400 is respectively installed on the upper side and the circumference of the
단열층(500)은 써셉터(300)의 하측에 소정간격 이격되도록 구비되어 진공챔버(100) 내부를 구획시키는 것으로, 이동공(510)이 통공되며, 냉각수단(600)은 단열층(500) 하측에 구비되며, 이동공(510)을 통해 승강되어 도가니(200)를 냉각시키게 된다.The
또한 제1단열보호판(700)은 단열층(500)의 이동공(510)을 개폐하기 위해 구비되며, 냉각수단(600)에 의해 승강되어 이동공(510)이 개폐된다.In addition, the first
불활성기체 공급 및 배출부는 진공챔버(100) 내로 불활성기체를 공급 및 진공내의 불활성기체를 외부로 배출시키고, 온도센서는 도가니(200)의 온도를 측정하며, 제어부는 온도센서의 출력값을 받아 히터수단(400)과 냉각수단(600) 및 불활성기체 공급 및 배출부를 제어하여 도가니(200) 내의 온도를 제어하게 된다.
The inert gas supply and discharge unit supplies the inert gas into the
이때 도 1 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 써셉터(300)를 지지하도록 그 하측에 도가니 지지대(850)가 구비되고, 이 도가니 지지대(850)를 하측에서 지지하는 다수의 지지봉(800)이 구비되며, 제1단열보호판(700)은 단열층(500)의 이동공(510)보다 크게 형성되어 그 상측을 덮을 수 있도록 구비된다.At this time, as shown in Figures 1 to 4, the
그리고 제1단열보호판(700)은 다수의 지지봉(800)을 따라 이동 가능하도록 구비되어, 도가니(200)의 냉각을 위해 냉각수단(600)이 승강될 경우, 제1단열보호판(700)은 다수의 지지봉(800)을 따라 수평상태를 유지하며 용이하게 승강될 수 있다.And the first
이와 같이, 제1단열보호판(700)이 냉각수단(600)에 의해 수평상태를 유지한 상태로 승강되면, 냉각수단(600)으로부터 전달된 냉기를 써셉터(300)로 용이하게 전달시킬 수 있고, 냉각이 끝난 후, 이 제1단열보호판(700)이 이동공(510)에 정확하게 안착되어 폐쇄시키는 것이다.As such, when the first heat insulating
이는, 실리콘 원 소재의 용융을 위한 도가니(200)와 써셉터(300)의 가열시, 단열층(500)과 함께 진공챔버(100) 내부를 구획시키는 것으로, 냉각수단(600)을 도가니(200)와 써셉터(300) 및 히터수단(400)과 격리시키게 된다.When the
이에 따라, 히터수단(400)은 도가니(200)에 열을 전달하여 실리콘 원 소재를 단시간에 용융시킬 수 있게 된다.Accordingly, the heater means 400 may transfer heat to the
이러한 지지봉(800)은 이동공(510)에 인접한 단열층(500)에 관통 설치되고, 제1단열보호판(700)은 각 지지봉(800)이 관통 설치되는 각 가이드공(710)이 형성된다.The
이에 따라, 제1단열보호판(700)은 냉각수단(600)에 의해 다수의 지지봉(800)을 따라 수평상태를 유지하며 용이하게 승강될 수 있는 것이다.
Accordingly, the first
한편, 도 5에서 도시한 바와 같이, 지지봉(800)은 이동공(510)에 인접한 단열층(500)에 관통 설치되고, 제1단열보호판(700')은 각 지지봉(800)의 일면이 닿아 거치되는 각 가이드홈(710')이 형성된다.On the other hand, as shown in Figure 5, the
이러한 제1단열보호판(700')의 가이드홈(710')은 각 지지봉(800)과의 닿는 면적을 감소시켜 상호 발생되는 마찰력을 감소시킴에 따라 냉각수단(600)에 의해 더욱 용이하게 이동될 수 있다.
The
여기서, 지지봉(800)은 흑연으로 형성된 봉으로, 적어도 두 개 이상구비되는 것으로, 본 발명에서는 써셉터(300)의 하단 각 모서리를 지지하도록 네 개가 구비된다.Here, the
이에 따라, 제1단열보호판(700)에는 가이드공(710)이 각 지지봉(800)에 대응되도록 형성된다.Accordingly, the
그리고 제1단열보호판(700) 역시 흑연으로 형성되어 단열 및 냉각수단(600)의 냉기를 써셉터(300)의 하측으로 용이하게 전달시키게 된다.In addition, the first
또한 제1단열보호판(700)에는 도어승강수단(미 도시)이 더 구비될 수 있는 것으로, 다수의 지지봉(800)을 따라 승강시킬 수 있는 것으로, 냉각수단(600)의 승강시, 제1단열보호판(700)을 승강시켜 정지된 상태의 도어(700)와 냉각수단(600)이 닿아 충격이 발생되는 것을 방지하게 된다.In addition, the first
다시 말해, 냉각수단(600) 상승시, 냉각수단(600)이 제1단열보호판(700)의 하측으로 일정거리만큼 접근할 경우, 도어승강수단에 의해 제1단열보호판(700)이 상승되고, 직접 충돌되는 것을 방지하는 것이다.In other words, when the cooling means 600 rises, when the cooling means 600 approaches the lower side of the first
이러한 도어승강수단은 구동모터로써, 제1단열보호판(700)에 구비되어 제1단열보호판(700)이 각 지지봉(800)을 따라 승강되도록 각각 구비되어 동일하게 제어된다.
The door lifting means is a driving motor, and is provided in the first
한편, 도어승강수단은 각 지지봉(800)을 따라 승강되도록 각각 구비될 수 있는 것으로, 각 도어승강수단은 각각 제어되어 제1단열보호판(700)을 각 지지봉(800)을 따라 승강시키게 된다.
On the other hand, the door lifting means may be provided to be elevated along each
그리고 도 6에서 도시한 바와 같이, 단열층(500)의 이동공(510) 외측을 따라 제1단열보호판(800)이 안착될 수 있는 안착홈(520)이 형성된다.And, as shown in Figure 6, along the outside of the moving
이 안착홈(520)은 제1단열보호판(700)을 정확하게 안착시킬 수 있으며, 단열층(500)과 제1단열보호판(700)의 닿는 면적을 증가시켜 틈을 최소화시킴에 따라 단열층(500)과 함께 냉각수단(600)을 그 하측에 격리시킬 수 있다.The
또한 도 7에서 도시한 바와 같이, 제2단열보호판(900)은 도가니 지지대(850)와 이동공(510)이 형성된 단열층(500) 사이 공간을 구획하도록 수직방향으로 구비되고, 그 내부공간을 따라 냉각수단(600)과 제1단열보호판(700)이 승강된다.In addition, as shown in FIG. 7, the second
이러한 제2단열보호판(900)은 흑연으로 형성되며, 하단이 단열층(500)의 상면과 밀폐되고, 상단은 도가니 지지대(850)의 하면이나 외측면과 밀폐되어 그 내부 공간을 완전밀폐시키는 것이다.The second heat insulating
이에 따라, 냉각수단(600)의 승강 시, 히터수단(400)에 의해 고온을 갖는 진공챔버(100) 내부공간의 온도를 저하시키지 않아 열효율성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the heat efficiency of the cooling means 600 can be improved without lowering the temperature of the internal space of the
그리고 제2단열보호판(900)은 도가니 지지대(850)와 이동공(510)이 형성된 단열층(500) 사이에 탈부착됨이 바람직하다.In addition, the second
또한 제2단열보호판(900)의 외측면에 펠트층(910)이 더 구비되어 히터수단(400)에 의한 고온이나 냉각수단(600)에 의한 냉기가 상호 열교환되는 것을 최소 또는 방지하게 된다.
In addition, a
그리고 도 8에서 도시한 바와 같이, 도가니(200)는 다수 개 구비되고, 히터수단(400)은 각 도가니(200) 외측에 각각 구비되어 각 도가니(200)를 가열시키게 된다.As illustrated in FIG. 8, a plurality of
여기서 히터수단(400)은 외부히터(410)와 내부히터(420)로 구성되며, 외부히터(410)와 내부히터(420)는 각 도가니(200)의 각 면에 복사열을 전달하여 각 도가니(200)를 가열시키게 된다.Here, the heater means 400 is composed of an
다시 말해, 외부히터(410)는 진공챔버(100)의 내측면을 향한 각 도가니(200)의 면을 가열하도록 구비되고, 내부히터(420)는 각 도가니(200)의 상호 대향되는 면을 가열하도록 구비된다.In other words, the
일 실시 예로, 도가니(200)는 수평방향으로 네 개가 구비되되, 진공챔버(100)의 내부 공간부의 중심을 지나는 십자형상의 가상선을 기준으로 각 구획된 공간부에 각각 구비된다.In one embodiment, four
그리고 내부히터(420)는 십자형상의 가상선을 따라 십자형상으로 구비되되, 상호 대면되는 각 도가니(200)의 면 사이에 각각 구비되도록 네 개로 구성된다.And the
이에 따라 외부히터(410)와 내부히터(420)에 의해 네 개의 도가니(200)의 모든 면에 복사열을 전달함에 따라 각 도가니(200)에 담겨진 실리콘 원 소재를 용융시킬 수 있는 것이다.Accordingly, as the radiant heat is transmitted to all surfaces of the four
그리고 냉각수단(600)은 각 도가니(200) 하측에 각각 구비되어 각 도가니(200)를 냉각시키되, 각 냉각수단(600)이 승강되기 위한 이동공(510)이 단열층(500)에 다수 개 형성된다.The cooling means 600 is provided below each
물론, 각 도가니(200)와 써셉터(300)를 지지하는 도가니 지지대(850)가 각각 구비되고, 이 각 도가니 지지대(850)를 지지하는 다수의 지지봉(800)이 각각 구비되며, 이 다수의 지지봉(800)을 따라 이동되며 각 이동공(510)을 개폐하기 위한 제1단열보호판(700)이 각각 구비된다.Of course, each
그리고 각 도가니 지지대(850)와 이동공(510)이 형성된 단열층(500) 사이 공간을 구획하도록 제2단열보호판(900)도 각각 구비됨이 당연하다.
And it is natural that the second
10 : 다결정 실리콘잉곳 제조장치 100 : 진공챔버
200 : 도가니 300 : 써셉터
400 : 히터수단 500 : 단열층
510 : 이동공 520 : 안착홈
600 : 냉각수단 700 : 제1단열보호판
800 : 지지봉 850 : 도가니 지지대
900 : 제2단열보호판 910 : 펠트층10: polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus 100: vacuum chamber
200: crucible 300: susceptor
400: heater means 500: heat insulation layer
510: moving ball 520: seating groove
600: cooling means 700: first heat insulating protective plate
800: support rod 850: crucible support
900: second heat insulating protective plate 910: felt layer
Claims (8)
상기 도가니의 냉각을 위해 냉각수단이 승강될 경우, 상기 제1단열보호판은 다수의 지지봉을 따라 수평상태를 유지시키며 승강되고,
상기 지지봉은,
상기 이동공에 인접한 단열층에 관통 설치되고,
상기 제1단열보호판은 각 지지봉이 관통 설치되는 각 가이드공이 형성되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
Vacuum chamber; A crucible provided in the vacuum chamber to contain a silicon raw material to manufacture a polycrystalline silicon ingot; A susceptor for wrapping and protecting the crucible; Heater means for melting the silicon material contained by heating the crucible; A crucible support formed in a horizontal direction to support the susceptor; A thermal insulation layer spaced apart from the crucible support by a predetermined interval and having a through hole; A plurality of support rods provided to support the lower side of the crucible support; Cooling means provided on the lower side of the heat insulating layer, and is elevated by the moving hole to cool the crucible; A first heat insulating protective plate having a door function formed larger than the moving hole of the heat insulating layer to cover the upper side thereof and being opened and closed to move along the support rod; An inert gas supply and discharge unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber and discharging the inert gas in the vacuum to the outside; A temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; And controlling the temperature in the crucible by controlling the heater means and the cooling means to achieve uniform melting of the silicon in the crucible by receiving the output value of the temperature sensor, and controlling the inert gas supply and discharge parts to control the inert gas in the vacuum chamber. It is made to include a control unit to maintain a constant level,
When the cooling means is elevated to cool the crucible, the first insulation protection plate is elevated while maintaining a horizontal state along a plurality of support rods,
The support rod,
Is installed through the heat insulating layer adjacent to the moving hole,
The first insulating protective plate is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having an effective insulating protective plate, characterized in that each guide hole is formed through each support rod is formed.
상기 도가니의 냉각을 위해 냉각수단이 승강될 경우, 상기 제1단열보호판은 다수의 지지봉을 따라 수평상태를 유지시키며 승강되고,
상기 지지봉은,
상기 이동공에 인접한 단열층에 관통 설치되고,
상기 제1단열보호판은 각 지지봉의 일면이 닿아 설치되는 각 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
Vacuum chamber; A crucible provided in the vacuum chamber to contain a silicon raw material to manufacture a polycrystalline silicon ingot; A susceptor for wrapping and protecting the crucible; Heater means for melting the silicon material contained by heating the crucible; A crucible support formed in a horizontal direction to support the susceptor; A thermal insulation layer spaced apart from the crucible support by a predetermined interval and having a through hole; A plurality of support rods provided to support the lower side of the crucible support; Cooling means provided on the lower side of the heat insulating layer, and is elevated by the moving hole to cool the crucible; A first heat insulating protective plate having a door function formed larger than the moving hole of the heat insulating layer to cover the upper side thereof and being opened and closed to move along the support rod; An inert gas supply and discharge unit for supplying an inert gas into the vacuum chamber and discharging the inert gas in the vacuum to the outside; A temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; And controlling the temperature in the crucible by controlling the heater means and the cooling means to achieve uniform melting of the silicon in the crucible by receiving the output value of the temperature sensor, and controlling the inert gas supply and discharge parts to control the inert gas in the vacuum chamber. It is made to include a control unit to maintain a constant level,
When the cooling means is elevated to cool the crucible, the first insulation protection plate is elevated while maintaining a horizontal state along a plurality of support rods,
The support rod,
Is installed through the heat insulating layer adjacent to the moving hole,
The first heat insulating protective plate is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having an effective heat insulating protective plate, characterized in that each guide groove is formed in contact with one surface of each supporting rod is formed.
상기 단열층의 이동공 외측을 따라 상기 제1단열보호판이 안착될 수 있는 안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
The method according to claim 1 or 3,
An apparatus for manufacturing a polycrystalline silicon ingot for a solar cell having an effective heat insulating protective plate, characterized in that a seating groove in which the first heat insulating protective plate is seated is formed along the outside of the moving hole of the heat insulating layer.
상기 도가니 지지대와 이동공이 형성된 단열층 사이 공간을 구획하는 제2단열보호판이 수직방향으로 더 구비되고, 그 내부공간을 따라 냉각수단과 제1단열보호판이 승강되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
The method according to claim 1 or 3,
A second heat insulating protective plate for partitioning the space between the crucible support and the heat insulating layer formed with the moving hole is further provided in the vertical direction, the cooling means and the first heat insulating protective plate is lifted along the inner space is provided with an effective heat insulating protective plate Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for batteries.
상기 제2단열보호판은 흑연으로 형성되며, 하단이 상기 단열층의 상면과 밀폐되고, 상단은 도가니 지지대의 하면이나 외측면과 밀폐되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
The method of claim 5,
The second insulating protective plate is formed of graphite, the lower end is sealed with the upper surface of the heat insulating layer, the upper end is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having an effective heat insulating protective plate, characterized in that sealed with the lower surface or the outer surface of the crucible support. .
상기 제2단열보호판은 외측면에 펠트층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.
The method of claim 5,
The second heat insulating protective plate is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for a solar cell having an effective heat insulating protective plate, characterized in that the outer surface is further provided with a felt layer.
상기 도가니는 다수 개 구비되고,
상기 히터수단은 각 도가니 외측에 각각 구비되어 각 도가니를 가열시키며,
상기 냉각수단은 각 도가니 하측에 각각 구비되어 각 도가니를 냉각시키되, 각 냉각수단이 승강되기 위한 이동공이 상기 단열층에 형성되는 것을 특징으로 하는 효과적인 단열보호판을 구비한 태양전지용 다결정 실리콘잉곳 제조장치.The method according to claim 1 or 3,
The crucible is provided with a plurality,
The heater means are provided on the outside of each crucible to heat each crucible,
The cooling means is provided on each side of the crucible to cool each crucible, the movable hole for lifting each cooling means is formed in the heat insulating layer, polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for an effective solar cell having an effective heat insulating protective plate.
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