KR101196718B1 - 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스분사노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 챔버의 상단부에 설치되는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 있어서, 내측에 가스공급라인이 형성되어 챔버에 관통 설치되는 공급관; 및, 상기 공급관의 하단부에 결합되도록 상측이 개구된 캡형 본체와, 상기 캡형 본체의 저면부에 수직방향으로 관통 형성되어 수직방향으로 가스를 분사하는 제1노즐공과, 상기 캡형 본체의 측면부에 수평방향으로 관통 형성되어 수평방향으로 가스를 분사하는 제2노즐공이 형성된 분기구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스분사노즐{GAS INJECTION NOZZLE FOR POLYCRYSTLINE SILICON INGOT PRODUCING APPARATUS}

본 발명은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수평방향으로 다수 형성된 제2노즐공과 수직방향으로 형성된 제1노즐공을 통해 불활성가스가 분산되어 공급되도록 할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 관한 것이다.

태양전지는 깨끗한 석유 대체 에너지원으로서, 소규모인 가정용으로부터 대규모인 발전 시스템까지의 넓은 분야에서 그 실용화가 기대되고 있다. 태양전지는 사용원료의 종류에 따라 결정계, 아모퍼스계, 화합물계 등으로 분류되고, 그 중에서도 현재 시장에 유통되고 있는 것의 대부분은 결정계 실리콘 태양전지이다. 이 결정계 실리콘 태양전지는 또한 단결정형과 다결정형으로 분류되고 있다. 단결정 실리콘 태양전지는 기판의 품질이 좋기 때문에 변환 효율의 고효율화가 용이하다는 장점을 갖는 반면, 기판의 제조비용이 높다는 단점을 갖는다.

이것에 대하여 다결정 실리콘 태양전지는 종래부터 시장에 유통되어 왔지만, 최근, 그 수요는 증가하고 있어, 보다 저비용으로 높은 변환 효율이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대처하기 위해서는 다결정 실리콘 기판의 저비용화, 고품질화가 필요하고, 특히, 고순도의 실리콘 잉곳을 수율 좋게 제조하는 것이 요구되고 있다.

다결정 실리콘 잉곳 제조장치(10)는 도 1과 같이 탑베젤(11)과 미들베젤(12)과 바텀베젤(13)로 이루어지는 챔버의 내부공간에서 히터(15a,15b,15c)를 이용해 주형(14) 내에 적재된 실리콘(S) 원료를 가열 용해한 다음, 주형(14) 바닥면부의 냉각플레이트(16)에 냉매를 순환시켜 실리콘 융액이 상측방향으로 냉각 고화되도록 하는 방법이 일반적이다.

상기와 같은 종래의 제조장치는 고체 실리콘(S)을 주형(14)에 담에 주형(14)의 주변에 배치된 히터(15a~15c)로 가열하여 녹여서 실리콘 용융액이 되도록 한 후, 결정 생성을 위한 냉각시 탑베젤(11)의 상단부에 설치된 가스공급노즐(20)을 통해 챔버 내부로 차가운 불활성 가스를 공급하는 것과 동시에 주형(14)의 하부에 배치된 냉각플레이트(16)에 냉매를 순환시켜 주형(14)의 냉각속도를 향상시킨다.

그러나, 이러한 다결정 실리콘 잉곳의 제조장치는 실리콘의 결정화과정에서 주형(14)의 하부로부터 상측방향으로 결정이 성장하도록 하는 것인데, 종래와 같이 탑베젤(11)의 상단부에 형성된 가스공급노즐(20)을 통해 온도가 낮은 불활성 가스를 공급하면, 주형(14)의 상단부 중앙부분의 온도가 낮아지면서 실리콘의 결정화에 영향을 끼치게 되므로, 다결정 실리콘 잉곳의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수평방향으로 다수 형성된 제2노즐공과 수직방향으로 형성된 제1노즐공을 통해 불활성가스가 분산되어 공급되도록 함으로써 실리콘 잉곳의 품질저하를 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐을 제공함에 있다.

또한, 제1노즐공과 제2노즐공으로 불활성가스를 각각 공급하기 위한 안내부재를 마련하여 일측 노즐공으로 분사압력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐을 제공함에 있다.

또한, 가스공급라인과 일직선을 이루는 제1노즐공으로 불활성 가스의 공급을 안내하는 안내부재의 내측면에 다수의 요철부를 마련함으로써 제1노즐공으로 분사압력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐을 제공함에 있다.

또한, 공급관의 하단부에 결합되는 분기구가 공급관을 사이에 두고 양측에서 각각 결합되도록 하고, 공급관과 분기구의 결합면이 홈과 돌기에 의해 맞물리도록 함으로써, 공급관의 하단부에 설치되는 분기구가 공급관으로부터 임의로 분리되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 챔버의 상단부에 설치되는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 있어서, 내측에 가스공급라인이 형성되어 챔버에 관통 설치되는 공급관; 및, 상기 공급관의 하단부에 결합되도록 상측이 개구된 캡형 본체와, 상기 캡형 본체의 저면부에 수직방향으로 관통 형성되어 수직방향으로 가스를 분사하는 제1노즐공과, 상기 캡형 본체의 측면부에 수평방향으로 관통 형성되어 수평방향으로 가스를 분사하는 제2노즐공이 형성된 분기구;를 포함하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 의해 달성된다.

여기서, 상기 분기구는 제1노즐공과 제2노즐공의 사이공간에 배치되어 제1노즐공과 제2노즐공으로의 가스의 공급을 안내하는 슬리브 형태의 안내부재가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안내부재는 내측면에 요철부가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2노즐공은 분기구의 중심으로부터 방사상으로 다수 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공급관과 분기구는 조립면에 링형 돌기와 링형 홈이 각각 형성되어 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분기구는 중심을 기준으로 양측으로 분할 형성되어 제1부재와 제2부재로 구성되며, 제1부재를 관통하는 고정부재가 제2부재에 체결되면서 제1부재와 제2부재가 조립되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 수평방향으로 다수 형성된 제2노즐공과 수직방향으로 형성된 제1노즐공을 통해 불활성가스가 분산되어 공급되도록 함으로써 실리콘 잉곳의 품질저하를 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐이 제공된다.

또한, 제1노즐공과 제2노즐공으로 불활성가스를 각각 공급하기 위한 안내부재를 마련하여 일측 노즐공으로 분사압력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐이 제공된다.

또한, 가스공급라인과 일직선을 이루는 제1노즐공으로 불활성 가스의 공급을 안내하는 안내부재의 내측면에 다수의 요철부를 마련함으로써 제1노즐공으로 분사압력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐이 제공된다.

또한, 공급관의 하단부에 결합되는 분기구가 공급관을 사이에 두고 양측에서 각각 결합되도록 하고, 공급관과 분기구의 결합면이 홈과 돌기에 의해 맞물리도록 함으로써, 공급관의 하단부에 설치되는 분기구가 공급관으로부터 임의로 분리되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐이 제공된다.

도 1은 종래 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 개략구성도,
도 2는 종래 가스 분사노즐의 단면도,
도 3은 본 발명이 적용된 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 단면도,
도 4는 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 사시도,
도 5는 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 분해사시도,
도 6은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 결합상태를 나타내는 단면도이고,
도 7은 도 6의 A-A'선 단면도,
도 8은 도 6의 B-B'선 단면도이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 대하여 상세하게 설명한다.

첨부도면 중 도 2는 본 발명이 적용된 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 단면도이고, 도 3은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 사시도이고, 도 4는 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 분해사시도이다.

상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 챔버를 구성하는 탑베젤의 상단부 중앙에 수직방향으로 설치되는 것으로, 공급관(110)과 분기구(120)를 포함하여 구성된다.

상기 공급관(110)은 내측에 가스공급라인(111)이 형성되어 챔버를 구성하는 탑베젤의 상단부 중앙에 관통 설치되어 가스공급라인(111)을 통해 아르곤가스와 같은 불활성가스를 챔버 내부공간으로 주입하는데 사용되는 것으로서, 하단부 외주면에 링형 돌기(112)가 형성된다.

상기 분기구(120)는 상기 공급관(110)의 하단부에 결합되도록 상측이 개구되면서 저면부(121a)와 측면부(121b)로 구성된 캡형 본체(121)와, 상기 캡형 본체(121)의 저면부(121a)에 수직방향으로 관통 형성되어 수직방향으로 가스를 분사하는 제1노즐공(122)과, 상기 캡형 본체(121)의 측면부(121b)에 수평을 이루는 동일평면상에서 방사상으로 다수 관통 형성되어 수평방향으로 가스를 분사하는 다수의 제2노즐공(123)과, 상기 제1노즐공(122)과 제2노즐공(123)의 사이공간에 배치되어 제1노즐공(122)과 제2노즐공(123)으로의 가스의 공급을 안내하는 슬리브 형태의 안내부재(124)와, 상기 안내부재(124)는 내측면에 형성되는 요철부(124a)와, 상기 공급관(110)과의 조립면에 형성되어 상기 공급관(110)의 링형 돌기(112)가 삽입되는 링형 홈(125)을 포함한다.

특히, 상기 분기구(120)는 중심을 기준으로 양측으로 분할 형성되어 제1부재(120a)와 제2부재(120b)로 나뉘어지고, 제1부재(120a)의 양측에 관통공이 형성되고 제2부재(120b)의 양측에 체결공(129b)이 형성되며, 상기 관통공을 통해 체결공(129b)으로 체결되는 고정부재(130)에 의해 제1부재(120a)와 제2부재(120b)가 공급관(110)을 사이에 두고 상호 결합된다.

한편, 상기와 같은 공급관(110)과 분기구(120)는 각각 그라파이트(Graphite) 재질로 이루어지고, 상기 고정부재(130)는 탄소복합재료(CC-Composite)로 이루어진다.

지금부터는 상술한 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.

첨부도면 중 도 6은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐의 결합상태를 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 6의 A-A'선 단면도이고, 도 8은 도 6의 B-B'선 단면도이다.

도 6에서 도시하는 바와 같이 챔버를 구성하는 탑베젤의 상단부 중앙에 공급관(110)의 상단부가 관통 설치되고, 상기 공급관(110)의 하단부에 분기구(120)가 결합된다.

이러한 공급관(110)과 분기구(120)의 결합상태를 살펴보면, 공급관(110)의 하단부 외측에 돌출 형성된 링형 돌기(112)가 분기구(120)의 캡형 몸체의 측면부(121b) 내측에 형성된 링형 홈(125)에 삽입되면서 상기 공급관(110)의 하단부에 분기구(120)가 결합된다.

상기와 같이 공급관(110)의 하단부에 분기구(120)의 캡형 몸체가 결합된 상태에서는, 캡형 몸체의 바닥면에 수직방향으로 관통 형성된 제1노즐공(122)을 통해 공급관(110)의 가스공급라인(111)을 통해 챔버 내측으로 공급되는 아르곤가스와 같은 불활성가스가 직하방향으로 공급된다.

또한, 상기 분기구(120)의 캡형 몸체의 측면부(121b)에 수평방향으로 다수 형성된 제2노즐공(123)을 통해 상기 불활성가스가 수평방향으로 공급되므로, 종래와 같이 챔버의 내부로 공급되는 가스가 일부 영역에만 집중되면서 온도분포가 불균형을 이루는 것을 방지할 수 있게 된다.

특히, 상기 제1노즐공(122)과 제2노즐공(123)의 사이에는, 보다 구체적으로는 제1노즐공(122)의 상측부분에는 슬리브형태의 안내부재(124)가 형성되어 제1노즐공(122)과 제2노즐공(123)으로 공급되는 가스를 분할하고, 가스공급라인(111)과 일직선을 이루는 제1노즐공(122)에 비해 가스공급라인(111)과 직교하는 제2노즐공(123)의 가스 분사압력이 저하되는 것을 방지하기 위해 상기 안내부재(124)의 내측면에 다수의 요철부(124a)들을 형성하여 제1노즐공(122)과 제2노즐공(123)의 분사압력이 균형을 이루도록 한다.

한편, 상기와 같은 분기구(120)는 공급관(110)의 하단부에 형성된 링형 돌기(112)에 캡형 몸체의 측면부(121b) 내측에 형성된 링형 홈(125)이 결합되도록 하기 위해서 도 7에서 도시하는 바와 같이 중심축을 기준으로 양측방향으로 분할되는 제1부재(120a)와 제2부재(120b)로 구성되어 있다.

상기 분기구(120)를 구성하는 제1부재(120a)와 제2부재(120b)는 제2부재(120b)의 관통공으로 삽입된 체결부재가 제1부재(120a)의 양측에 각각 형성된 체결공(129b)에 체결되면서 분기구(120)를 사이에 두고 제1부재(120a)와 제2부재(120b)가 결합된다.

또한, 공급관(110)의 하단부에 결합되는 분기구가 공급관을 사이에 두고 양측에서 각각 결합되도록 하고, 공급관과 분기구의 결합면이 홈과 돌기에 의해 맞물리도록 함으로써, 공급관의 하단부에 설치되는 분기구가 공급관으로부터 임의로 분리되는 것을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐을 제공함에 있다.

또한, 도 8에서 도시하는 바와 같이 상기 분기구(120)의 제2노즐공(123)들은 분기구(120)의 중심을 기준으로 방사형으로 다수 형성되므로, 제1노즐공(122)으로 불활성가스가 수직방향으로 공급되는 것과 동시에 다수의 제2노즐공(123)들을 통해 수평방향으로 확산되도록 공급되므로, 챔버 내부의 온도가 불균형을 이루는 것을 최소화 할 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110:공급관, 111:가스공급라인, 112:링형 돌기, 120:분기구, 120a:제1부재,
120b:제2부재, 121:캡형 본체, 121a:저면부, 121b:측면부, 122:제1노즐공,
123:제2노즐공, 124:안내부재, 124a:요철부, 125:링형 홈, 129a:관통홀,
129b:체결공, 130:고정부재

Claims (6)

1. 다결정 실리콘 잉곳 제조장치의 챔버의 상단부에 설치되는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐에 있어서,
   내측에 가스공급라인이 형성되어 챔버에 관통 설치되는 공급관; 및,
   상기 공급관의 하단부에 결합되도록 상측이 개구된 캡형 본체와, 상기 캡형 본체의 저면부에 수직방향으로 관통 형성되어 수직방향으로 가스를 분사하는 제1노즐공과, 상기 캡형 본체의 측면부에 수평방향으로 관통 형성되어 수평방향으로 가스를 분사하는 제2노즐공이 형성된 분기구;를 포함하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 분기구는 제1노즐공과 제2노즐공의 사이공간에 배치되어 제1노즐공과 제2노즐공으로의 가스의 공급을 안내하는 슬리브 형태의 안내부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 안내부재는 내측면에 요철부가 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제2노즐공은 분기구의 중심으로부터 방사상으로 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 공급관과 분기구는 조립면에 링형 돌기와 링형 홈이 각각 형성되어 결합되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 분기구는 중심을 기준으로 양측으로 분할 형성되어 제1부재와 제2부재로 구성되며, 제1부재를 관통하는 고정부재가 제2부재에 체결되면서 제1부재와 제2부재가 조립되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 가스 분사노즐.

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