KR101382176B1 - Apparatus for manufacturing polycrystaline silicon ingot equipped a wing type open/close device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 관한 것으로, 소정크기의 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 구비되어 실리콘 원 소재를 수용하는 도가니와, 상기 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터와, 상기 도가니 하측으로 구비되는 써셉터, 상기 도가니 내에 용융된 실리콘을 성장시키기 위해 열을 방출시키는 냉각판과, 상기 도가니와 냉각판 사이에 구비되어 실리콘 용융 또는 성장시키기 위해 열방출을 구속하는 도어 개폐장치와, 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니 내의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 있어서, 상기 도어 개폐장치는, 적어도 한 개 이상의 윙(wing)을 구비하고, 상기 윙을 수평상에서 회동하여 상기 냉각판과 도가니 사이의 열방출을 제어하도록 상기 윙을 회동시키는 구동부로 구성되고, 상기 윙의 수직방향에 대해 상기 도어 개폐장치를 슬라이딩 시키는 슬라이딩 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명의 열방출을 제어하는 윙을 y축방향으로 구동시켜 보다 정밀하게 열방출 제어를 구현할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device, comprising: a vacuum chamber of a predetermined size, a crucible provided in the vacuum chamber to accommodate a silicon raw material, and a silicon raw material in the crucible; A heater for applying heat to the heat sink, a susceptor provided under the crucible, a cooling plate for dissipating heat to grow silicon melted in the crucible, and a silicon provided between the crucible and the cooling plate to melt or grow. And a door opening and closing device for restraining heat release, a temperature sensor for measuring the temperature of the crucible, and a controller for controlling the temperature in the crucible so that the melting and uniform growth of silicon in the crucible is achieved by receiving the output value of the temperature sensor. In the silicon ingot manufacturing apparatus, the door opening and closing device is at least one It is provided with at least one wing (wing), comprising a drive for rotating the wing to control the heat dissipation between the cooling plate and the crucible by rotating the wing horizontally, the door opening and closing device with respect to the vertical direction of the wing Characterized in that it comprises a sliding module for sliding. By driving the wing controlling the heat dissipation of the present invention configured as described above in the y-axis direction, there is an advantage of more precisely implementing heat dissipation control.
Description
본 발명은 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 길이형 주괴 제조에 용이한 냉각열 공급을 위한 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device, and more particularly, to a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for supplying cooling heat for the production of length ingots.
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. 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.In the United States, Japan and Germany, solar power generation of hundreds to thousands of kilowatts has been made using silicon solar cells. 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. 석영이나 흑연으로 제조된 도가니 속에 다결정 규소 알맹이를 넣어 용융시킨 후 도가니 하부쪽으로 규소의 용해열을 제거시켜 나감으로써 냉각고화 역시 도가니 하부쪽으로 부터 상부 쪽으로 이동되도록 하여 일정한 방향성을 가진 이른바, 주상구조(Columnar Structure)의 주괴를 얻고자 하는 것이다.The production of polycrystalline silicon ingots for solar cells by the casting method is basically characterized by directional solidification. 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 제조된 다결정 규소 주괴는 인상법에 의해 제조되는 단결정 규소 주괴에 비해 내부에 존재하는 다결정입계(Grain boundary)들로 인하여 태양전지 제조 시 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 생산성(단결정 인상법의 2~3배)이 우수하며 제조기술이 간단하다는 이점이 있어 가격면에 있어서 단결정 규소 주괴에 비하여 약 1/2 ~ 1/3정도 수준이다. 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 polycrystalline silicon ingot manufactured as described above is deteriorated in terms of 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 columnar phases, it is inferior to about 20% in terms of its overall physical properties. However, it has the advantage of mass production (2 ~ 3 times of single crystal pulling method), excellent productivity (2 ~ 3 times of single crystal pulling method) and simple manufacturing technology. 2 to 1/3 level. 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 from the lower part to the square or circular graphite crucible maintained at 600 to 1,200 ° C. There is a method of producing a polycrystalline silicon ingot.
그러나 상기 종래의 주조법은 차가운 도가니가 급작스러운 냉각고화가 이루어지기 때문에 고화규소와 도가니 사이의 고착은 방지할 수 있으나, 도가니로부터의 오염이 크고 열 스트레스가 잔존하여 결함농도가 커지고 결정입자가 작아진다는 문제점이 있다.
However, in the conventional casting method, since a cold crucible is suddenly cooled and solidified, it is possible to prevent adhesion between silicon solidified and the crucible. Has a problem.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 최근 실리콘 주괴 제조의 형상 변이, 즉 산업적으로 요구되는 길이형 주괴 제조에 따른 응고(냉각) 구조에 적합하고 열적 불평형도를 해소시킬 수 있는 다결정 실리콘 주괴 제조장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention is suitable for solidification (cooling) structure according to the shape variation of silicon ingot manufacturing, that is, industrially required length ingot production, and polycrystalline silicon ingot that can solve thermal inequality. The purpose is to provide a device.
또한, 열방출 메카니즘을 보다 정밀하게 제어하여 결정 성장을 보다 효과적으로 달성할 수 있는 주괴 제조장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.
In addition, an object of the present invention is to provide an ingot manufacturing apparatus that can more precisely control the heat release mechanism to more effectively achieve crystal growth.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정크기의 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 구비되어 실리콘 원 소재를 수용하는 도가니와, 상기 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터와, 상기 도가니 하측으로 구비되는 써셉터, 상기 도가니 내에 용융된 실리콘을 성장시키기 위해 열을 방출시키는 냉각판과, 상기 도가니와 냉각판 사이에 구비되어 실리콘 용융 또는 성장시키기 위해 열방출을 구속하는 도어 개폐장치와, 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니 내의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 있어서, 상기 도어 개폐장치는, 적어도 한 개 이상의 윙(wing)을 구비하고, 상기 윙을 수평상에서 회동하여 상기 냉각판과 도가니 사이의 열방출을 제어하도록 상기 윙을 회동시키는 구동부로 구성되고, 상기 윙의 수직방향에 대해 상기 도어 개폐장치를 슬라이딩 시키는 슬라이딩 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a vacuum chamber of a predetermined size, a crucible provided in the vacuum chamber to accommodate the silicon raw material, a heater for applying heat to melt the silicon raw material in the crucible, A susceptor provided under the crucible, a cooling plate for dissipating heat to grow silicon melted in the crucible, and a door opening and closing device provided between the crucible and the cooling plate to restrain heat release to melt or grow silicon; In the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus comprising a temperature sensor for measuring the temperature of the crucible and a control unit for controlling the temperature in the crucible so that the melting and uniform growth of the silicon in the crucible in accordance with the output value of the temperature sensor, the door The opening and closing device includes at least one wing and includes the wing. It is configured to include a drive module for rotating the wing to rotate the wing to control the heat dissipation between the cooling plate and the crucible in the ordinary, and comprises a sliding module for sliding the door opening and closing device with respect to the vertical direction of the wing. do.
또한, 상기 윙은, 적어도 2개 이상 구비되고, 상기 구동부는 상기 다수의 윙이 연동되도록 구동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, at least two wings may be provided, and the driving unit may drive the plurality of wings to be interlocked.
또한, 상기 윙은, 회동점이 상기 윙의 중심에 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the wing is characterized in that the pivot point is in the center of the wing.
또한, 상기 윙은, 회동점이 상기 윙의 일측에 있어 편심 회동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wing is characterized in that the pivot point is eccentric rotation on one side of the wing.
또한, 상기 구동부는, 적어도 한 개 이상의 윙에 각각 구비되거나, 일체로 연동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the drive unit is provided on at least one or more wings, respectively, characterized in that the interlocking.
또한, 상기 구동부는, 상기 각 윙의 회전량을 검출하여 개방 크기를 결정하기 위한 엔코더를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.The driving unit may further include an encoder for determining an opening size by detecting a rotation amount of each wing.
또한, 상기 윙은, 다수의 윙이 일정간격 중첩되도록 배열되고, 중첩되는 면으로는 각각 대응하는 결합홈과 결합돌기가 구비되어 상기 결합홈에 결합돌기가 결합되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wings, a plurality of wings are arranged so as to overlap a predetermined interval, each of the overlapping surface is provided with a corresponding coupling groove and the coupling protrusion is characterized in that the coupling protrusion is coupled to the coupling groove.
또한, 상기 구동부는, 상기 온도센서로부터 검출되는 도가니의 온도 상태에 따라 상기 윙을 개방 각도를 엔코더를 통해 검출하고 개방 각도를 조절하여 열방출을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the driving unit, according to the temperature state of the crucible detected by the temperature sensor, characterized in that for detecting the opening angle through the encoder and controlling the heat release by adjusting the opening angle.
또한, 상기 슬라이딩 모듈은, 볼스크류 타입의 리니어 엑츄에이터인 것을 특징으로 한다.
In addition, the sliding module is characterized in that the ball screw type linear actuator.
이와 같이 구성되는 본 발명은, 열적 불평형도를 해소하여 실리콘 성장의 결점을 해소할 수 있는 이점이 있다.The present invention constituted as described above has the advantage of eliminating the thermal unbalance and eliminating the drawback of silicon growth.
또한, 개폐장치의 구조적 특징에 따라 주괴 제조장치의 전체 크기를 낮출 수 있음과 동시에 도어 크기를 증대시킬 수 있어 결과적으로 효과적인 실리콘 응고를 달성할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the structural features of the switchgear can reduce the overall size of the ingot manufacturing apparatus and at the same time increase the size of the door there is an advantage that can achieve an effective silicon solidification.
또한, 열방출을 제어하는 윙의 회동 개방 뿐만 아니라, 개방된 윙을 y축 방향으로 슬라이딩 구동시킴으로써 열방출 메카니즘을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 장점이 있다.
In addition, there is an advantage that the heat dissipation mechanism can be more precisely controlled by slidingly driving the opened wing in the y-axis direction as well as rotationally opening the wings for controlling the heat dissipation.
도 1 내지 도 3은 종래기술에 따른 태양전지용 주괴 제조장치의 개략적인 절개 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 개략적인 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 회동구조를 나타낸 실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 회동구조를 나타낸 다른 실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치를 나타낸 절개 사시도.1 to 3 is a schematic cutaway perspective view of the apparatus for producing ingots for solar cells according to the prior art;
4 is a schematic perspective view of a wing type door opening and closing apparatus according to the present invention;
5 is an embodiment showing a rotating structure of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention,
Figure 6 is another embodiment showing a rotating structure of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention,
7 is a perspective view showing another embodiment of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention;
8 is a perspective view of a wing type door opening and closing apparatus according to another embodiment according to the present invention;
Figure 9 is a perspective view showing a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치는, 소정크기의 진공챔버와, 상기 진공챔버 내에 구비되어 실리콘 원 소재를 수용하는 도가니와, 상기 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위해 열을 가하는 히터와, 상기 도가니 하측으로 구비되는 써셉터, 상기 도가니 내에 용융된 실리콘을 성장시키기 위해 열을 방출시키는 냉각판과, 상기 도가니와 냉각판 사이에 구비되어 실리콘 용융 또는 성장시키기 위해 열방출을 구속하는 도어 개폐장치와, 상기 도가니의 온도를 측정하는 온도센서 및 상기 온도센서의 출력값을 받아 도가니 내의 실리콘의 용융 및 균일한 성장이 이루어지도록 도가니 내의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 다결정 실리콘 주괴 제조장치에 있어서, 상기 도어 개폐장치는, 적어도 한 개 이상의 윙(wing)을 구비하고, 상기 윙을 수평상에서 회동하여 상기 냉각판과 도가니 사이의 열방출을 제어하도록 상기 윙을 회동시키는 구동부로 구성되고, 상기 윙의 수직방향에 대해 상기 도어 개폐장치를 슬라이딩 시키는 슬라이딩 모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing-type door opening and closing device according to the present invention, a vacuum chamber of a predetermined size, a crucible provided in the vacuum chamber to accommodate the silicon raw material, and melting the silicon raw material in the crucible A heater that applies heat to the crucible, a susceptor provided below the crucible, a cooling plate for dissipating heat to grow silicon melted in the crucible, and a heat between the crucible and the cooling plate to melt or grow silicon. Door opening and closing device for restraining the release, and a temperature sensor for measuring the temperature of the crucible and a control unit for controlling the temperature in the crucible so that the melting and uniform growth of the silicon in the crucible in accordance with the output value of the temperature sensor In the ingot manufacturing apparatus, at least one door opening and closing device. And a drive unit configured to rotate the wing to control heat dissipation between the cooling plate and the crucible by rotating the wing in a horizontal position, the door opening and closing device having a wing in the vertical direction of the wing. Characterized in that it comprises a sliding module for sliding.
본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치는, 윙 타입의 도어 개폐장치를 구비하여, 특히, 최근 산업상 요구되는 길이형 주괴 제조에 있어 주괴 제조장치 전체 크기에 제약을 두지 않고, 효과적인 열방출로 인하여 주괴 성장에 안정적인 열방출을 제어하되, 열방출을 단속하는 윙의 구동방향의 보다 자유자재로 구현함으로써 열방출 메커니즘을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
Wing type door opening and closing device according to the present invention is provided with a wing type door opening and closing device, in particular, in the manufacture of the length-shaped ingot recently required in the industry, without limiting the overall size of the ingot manufacturing apparatus, due to effective heat dissipation The main technical point is to control the heat release stable to ingot growth, but more precisely control the heat release mechanism by realizing more freely in the driving direction of the wing to control heat release.
우선 다결정 실리콘 주괴 제조장치의 개략적인 구성을 살펴본다.First, a schematic configuration of a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus will be described.
진공챔버(100)의 내부는 소정의 공간부가 형성되며, 주괴 제조장치 대부분의 구성 요소들이 이 진공챔버(100) 내에 구비된다.Inside the
도가니(200)는 실리콘 원 소재를 수용하고 그 안에서 용융하기 위한 것으로, 진공챔버(100)의 중심에 구비되는 것이 바람직하다. 상기 도가니(200)는 상부가 개방된 형태로, 이 상부를 개폐시키는 커버(미도시됨)를 따로 구비시켜도 무방하다. 도가니(crucible; 200)는 도면에도 도시된 바와 같이, 정육면체 형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 석영으로 제조된다.The
한편, 상기 도가니(200)의 하측으로는 써셉터(suceptor ; 210)가 구비되는데, 이 써셉터는 상기 도가니(200)를 보호하는 역할을 한다. 상기 써셉터 재질은 열 전달이 우수한 카본 또는 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.Meanwhile, a susceptor 210 is provided below the
상기 써셉터(210)가 구비된 도가니의 하측을 제외하고는 도가니 둘레를 따라 히터(220)가 구비된다. 물론 상기 써셉터(210)의 하부에도 히터가 구비되어도 무방하나, 본 발명의 일실시예에서는 상기 히터(220)가 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비된다. 이는 히터(220)를 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비시켜도 도가니(200) 내의 실리콘 원 소재를 용융시키는 것이 가능하기 때문이다.A heater 220 is provided along the circumference of the crucible except for the lower side of the crucible provided with the susceptor 210. Of course, although the heater may be provided in the lower portion of the susceptor 210, in one embodiment of the present invention, the heater 220 is provided only on the upper and circumference of the susceptor 210. This is because it is possible to melt the silicon raw material in the
상기 히터는 앞에서도 언급한 바와 같이 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위한 것으로, 실리콘 원 소재 용융점은 약 1423도이다. 히터의 전력 제어방식에는 일예로, 히터에 인가되는 전압 펄스의 듀티비를 제어하는 방식 또는 히터에 인가되는 전압 펄스의 주기를 제어하는 방식 등으로 작동시킬 수 있다.As mentioned above, the heater is for melting the silicon raw material in the crucible, and the silicon raw material melting point is about 1423 degrees. For example, the power control method of the heater may be operated by a method of controlling a duty ratio of a voltage pulse applied to the heater or a method of controlling a period of the voltage pulse applied to the heater.
물론 이러한 온도 측정은 온도센서(300)에 의해 이루어진다. 이 온도센서를 주괴 제조장치에 다수개 구비될 수 있으며, 바람직한 예로 상기 히터와 도가니에 설치하여 그 온도를 측정한다.Of course, such a temperature measurement is made by the temperature sensor 300. The temperature sensor may be provided in plural ingot manufacturing apparatuses, and the temperature is measured by installing the heater and the crucible as an example.
한편, 상기 도가니의 하측에 구비된 써셉터 하측으로는 용융 실리콘을 성장시키기 위한 냉각판(400)이 구비되고, 이 냉각판과 써셉터 사이에는 도어 개폐장치(500)가 구비된다. 즉 도어 개폐장치의 도어 개방으로 상기 냉각판(400)에 의해 도가니 내의 용융 실리콘이 성장하는 것이다.Meanwhile, a
상기 냉각판(400)은 일예로 내측에 냉매 통로가 형성되고, 이 냉매 통로를 따라 냉매가 이동하여 차가워진 냉각판이 도가니 열을 방출시킨다.For example, the
상술한 바와 같이 구성되는 다결정 실리콘 주괴 제조장치의 개략적인 구성은 본 출원인이 출원한 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조장치(대한민국 출원번호 : 10-2007-0006218)에 상세히 설명되어 있음으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 진공챔버(100)의 내부는 소정의 공간부가 형성되며, 주괴 제조장치 대부분의 구성 요소들이 이 진공챔버(100) 내에 구비된다.The schematic configuration of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus configured as described above is described in detail in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells (Korea application number: 10-2007-0006218) filed by the applicant of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted. Shall be. Inside the
도가니(200)는 실리콘 원 소재를 수용하고 그 안에서 용융하기 위한 것으로, 진공챔버(100)의 중심에 구비되는 것이 바람직하다. 상기 도가니(200)는 상부가 개방된 형태로, 이 상부를 개폐시키는 커버(미도시됨)를 따로 구비시켜도 무방하다. 도가니(crucible; 200)는 도면에도 도시된 바와 같이, 정육면체 형상으로 형성하는 것이 바람직하고, 석영으로 제조된다.The
한편, 상기 도가니(200)의 하측으로는 써셉터(suceptor ; 210)가 구비되는데, 이 써셉터는 상기 도가니(200)를 보호하는 역할을 한다. 상기 써셉터 재질은 열 전달이 우수한 카본 또는 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.Meanwhile, a susceptor 210 is provided below the
상기 써셉터(210)가 구비된 도가니의 하측을 제외하고는 도가니 둘레를 따라 히터(220)가 구비된다. 물론 상기 써셉터(210)의 하부에도 히터가 구비되어도 무방하나, 본 발명의 일실시예에서는 상기 히터(220)가 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비된다. 이는 히터(220)를 써셉터(210)의 상부 및 둘레에만 구비시켜도 도가니(200) 내의 실리콘 원 소재를 용융시키는 것이 가능하기 때문이다.A heater 220 is provided along the circumference of the crucible except for the lower side of the crucible provided with the susceptor 210. Of course, although the heater may be provided in the lower portion of the susceptor 210, in one embodiment of the present invention, the heater 220 is provided only on the upper and circumference of the susceptor 210. This is because it is possible to melt the silicon raw material in the
상기 히터는 앞에서도 언급한 바와 같이 도가니 내의 실리콘 원 소재를 용융시키기 위한 것으로, 실리콘 원 소재 용융점은 약 1423도이다. 히터의 전력 제어방식에는 일예로, 히터에 인가되는 전압 펄스의 듀티비를 제어하는 방식 또는 히터에 인가되는 전압 펄스의 주기를 제어하는 방식 등으로 작동시킬 수 있다.As mentioned above, the heater is for melting the silicon raw material in the crucible, and the silicon raw material melting point is about 1423 degrees. For example, the power control method of the heater may be operated by a method of controlling a duty ratio of a voltage pulse applied to the heater or a method of controlling a period of the voltage pulse applied to the heater.
물론 이러한 온도 측정은 온도센서(300)에 의해 이루어진다. 이 온도센서를 주괴 제조장치에 다수개 구비될 수 있으며, 바람직한 예로 상기 히터와 도가니에 설치하여 그 온도를 측정한다.Of course, such a temperature measurement is made by the temperature sensor 300. The temperature sensor may be provided in plural ingot manufacturing apparatuses, and the temperature is measured by installing the heater and the crucible as an example.
한편, 상기 도가니의 하측에 구비된 써셉터 하측으로는 용융 실리콘을 성장시키기 위한 냉각판(400)이 구비되고, 이 냉각판과 써셉터 사이에는 도어 개폐장치(500)가 구비된다. 즉 도어 개폐장치의 도어 개방으로 상기 냉각판(400)에 의해 도가니 내의 용융 실리콘이 성장하는 것이다.Meanwhile, a
상기 냉각판(400)은 일예로 내측에 냉매 통로가 형성되고, 이 냉매 통로를 따라 냉매가 이동하여 차가워진 냉각판이 도가니 열을 방출시킨다.For example, the
상술한 바와 같이 구성되는 다결정 실리콘 주괴 제조장치의 개략적인 구성은 본 출원인이 출원한 태양전지용 다결정 실리콘 주괴 제조장치(대한민국 출원번호 : 10-2007-0006218)에 상세히 설명되어 있음으로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The schematic configuration of the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus configured as described above is described in detail in the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus for solar cells (Korea application number: 10-2007-0006218) filed by the applicant of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted. Shall be.
여기서 본 발명에 따른 주요 기술적 요지로 상기 도어 개폐장치(500)는 적어도 한 개 이상의 윙(510)이 수평하게 나란히 구비되며, 상기 윙이 회동하면서 도가니로부터의 열을 냉각판(400)으로 방출시키기 위한 열방출을 제어하는 구조를 가진다. 본 발명에 따른 윙(500)은 적어도 한 개 이상 도가니에 대해 수평하게 나열되는 구조로 설치되어 냉각판과 도가니 사이를 차단시켜주는 구조를 가지며, 윙이 회동하면서 냉각판과 도가니 사이를 개방시켜 열방출을 이루는 구조이다.
As the main technical point according to the present invention, the door opening and
도 4는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 개략적인 사시도이다. 도시된 바에서는 2개의 윙이 나란히 나열된 구조이다. 본 발명에서 적용된 윙은 도가니에서 성장되는 주괴를 길이형상(직사각형)으로 제조하고자 할 때 유리한 장점을 가진다. 종래에는 주괴를 정사각형으로 제조하는 것이 일반적 이여서 열방출을 위한 도어 구조를 다양하게 형성할 수 있었다. 하지만, 최근에는 길이형상의 주괴를 산업에서 요구하기 때문에 한쪽방향을 긴 주괴를 제조할 때에 도어 개폐장치의 구조가 기존의 것으로는 공간적으로 많은 제약을 발생하였다.Figure 4 is a schematic perspective view of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention. In the illustrated two wings are arranged side by side. The wing applied in the present invention has an advantageous advantage when the ingot grown in the crucible is to be produced in the shape of a length (rectangular). Conventionally, ingots are manufactured in a square shape, and thus various door structures for heat dissipation can be formed. However, in recent years, since the industry requires a length-shaped ingot, the structure of the door opening and closing device caused a lot of space limitations when the long ingot is manufactured in one direction.
하지만, 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 회동 구조의 윙을 다수개 나열하여 열방출을 제어하기 때문에 도어 개폐장치 구조에 따른 주괴 장치 전체 구조적 제약의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.However, in order to solve this problem, the present invention can solve the problem of the overall structural limitation of the ingot device according to the door opening and closing device because the heat release is controlled by arranging a plurality of wings of the rotating structure.
한편, 본 발명에 따른 주요 기술적 요지로 다수의 윙이 개방되는 구조를 가지는 도어 개폐장치를 슬라이딩 구동시키는 슬라이딩모듈(700)을 더 포함하여 구성된다. 상기 슬라이딩 모듈은 상기 윙이 길이방향에 수직하게 윙 전체를 구동시킬 수 있는 모듈로써, 도시된 바와 같이 윙과 구동부를 포함하는 도어 개폐장치를 슬라이딩 구동시킬 수 있도록 양측에 구성된다. 상기 윙(510)의 길이방향이 x축이라 할 때 상기 슬라이딩 모듈은 y축 방향으로 개폐장치를 구동시킨다. 슬라이딩 모듈(700)은 도면의 도시에서 볼스크류 타입의 리니어 엑츄에이터로 구성할 수 있는데, 이 엑츄에이터의 경우 나사선을 가지는 스크류가 모터의 구동에 의해 회전하면서 슬라이딩 가이드를 나사선을 따라 전/후진 할 수 있도록 구성된 모듈에 해당한다. 이러한 슬라이딩 모듈의 경우 공지의 기술임에 따라 상세한 설명은 생략하기로 하며, 상기 볼스크류 타입의 엑츄에이터 뿐만 아니라, 다양한 기계적 메카니즘을 통해 슬라이딩 구현이 가능하다. 예를 들어 벨트방식이나 기어구동방식, 유압 방식, 공압 방식 등을 통해 슬라이딩 모듈을 구성할 수 있으며, 이러한 설계변경은 당업자라면 얼마든지 구현 가능하다.On the other hand, the main technical gist according to the present invention is configured to further include a sliding
이와 같이 구성되는 상기 슬라이딩 모듈(500)은 윙의 개방으로 열이 하부 냉각판으로 방출될 때의 열전도 흐름을 보다 효과적으로 제어할 수 있는 것이다. 본 발명에서는 윙 개방 각도를 제어하여 열방출 특성을 제어함과 동시에 윙을 y축 방향으로 슬라이딩시킴으로써 냉각열을 제어할 수 있는 것이다.The sliding
도 5는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 회동구조를 나타낸 실시예도이다. 도시된 바와 같이 상기 윙이 다수개 배열되어 있고, 이를 회동시키기 위하여 윙은 일단 또는 양단으로 구동을 위한 기어(520)가 구비될 수 있다. 여기서 상기 기어는 윙의 양단 또는 일단에 구비될 수 있으며, 바람직하게는 한쪽에는 자유 회동할 수 있도록 샤프트와 베어링을 구비시키고 다른 한쪽에는 상기 기어(520)를 구비하여 각 윙이 회동할 수 있도록 구동력을 전달받는 방식으로 마련될 수 있다.Figure 5 is an embodiment showing a rotating structure of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention. As shown, a plurality of the wings are arranged, and in order to rotate the wings, the wings may be provided with a
이때, 상기 기어에는 구동부(모터 ; 600)의 기어와 연결되어 구동부 제어에 따라 윙을 일정속도와 일정반경 개방시킬 수 있도록 제어한다. 또한, 다른 실시예로, 벨트나 체인(미도시) 등의 부품을 이용하여 각각의 윙을 일체로 구동시킬 수도 있고, 각각의 윙에 구동부가 직접 연결되는 구조를 가질 수 있지만, 바람직한 실시예로 비용 절감 실현을 위하여 하나의 구동모터를 이용하여 연동하는 구조를 제안한다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 윙을 구동시키기 위한 기계적 메카니즘은 당업자라면 다양하게 변경할 수 있는 것으로, 구동 메카니즘은 단순 변경은 본 발명의 권리범위에 속한다고 간주해야 할 것이다.At this time, the gear is connected to the gear of the driving unit (motor) 600 to control to open the wing at a constant speed and a predetermined radius under the control of the driving unit. In addition, in another embodiment, each wing may be integrally driven by using a component such as a belt or a chain (not shown), and may have a structure in which a driving part is directly connected to each wing. In order to realize cost reduction, we propose a structure that interlocks using a single drive motor. As described above, the mechanical mechanism for driving the wing according to the present invention can be variously changed by those skilled in the art, and the driving mechanism should be considered that the simple change belongs to the scope of the present invention.
한편, 도 5에서는 상기 윙의 회동점이 윙의 중심축에 위치하여 회동하는 구조를 가진다. 이에 다른 실시예로, 도 6은 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 회동구조를 나타낸 다른 실시예도이다. 도시된 바와 같이 상기 윙의 일측으로 회동점이 마련되어 있어, 상기 윙이 회동할 때 편심 회동되는 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 윙의 회동 방향은 도가니 상부측으로 회동하거나 냉각판 하부 측으로 회동할 수 있는데, 앞서 언급한 바와 같이 윙의 중심축 회동이나 편심 회동에 따른 회전 반경을 설정할 수 있다. 이를 통해 주괴 제조장치의 공간적 설계를 제어할 수 있는 것이다.On the other hand, in Figure 5 has a structure in which the pivot point of the wing is located in the center axis of the wing to rotate. In another embodiment, Figure 6 is another embodiment showing a rotating structure of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention. As shown in the drawing, a pivot point is provided on one side of the wing, so that the wing may have an eccentric rotation structure when the wing rotates. At this time, the rotation direction of the wing can be rotated to the upper side of the crucible or to the lower side of the cooling plate, as described above can set the rotation radius according to the center axis rotation or eccentric rotation of the wing. Through this, it is possible to control the spatial design of the ingot manufacturing apparatus.
또한, 상기 구동부로는 엔코더(encoder ; 560)와 같은 회전 위치 검출 수단을 더 구비할 수 있다. 상기 엔코더는 각 윙의 개방각도 조절을 위하여 회전량을 검출하거나 도어 개폐장치 전체 회전에서 적정한 회전량을 검출하여 제어하기 위해 구비된다.In addition, the driving unit may further include a rotation position detecting means such as an encoder (560). The encoder is provided to detect an amount of rotation for adjusting the opening angle of each wing or to detect and control an appropriate amount of rotation in the entire door opening and closing device.
도 7은 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치는 도가니의 크기에 따라 적정 개수와 적정 길이로 구비될 수 있으며, 도어 개폐장치의 크기에 따라 냉각판으로의 흡열량을 제어한다. 도 7b는 다른 실시예로 길이형 도가니에 수직하게 윙이 배열 구비될 수 있는 것이다.7 is a perspective view showing a preferred embodiment of the wing type door opening and closing apparatus according to the present invention. As shown, the wing type door opening and closing device according to the present invention may be provided with an appropriate number and an appropriate length according to the size of the crucible, and controls the endothermic amount to the cooling plate according to the size of the door opening and closing device. Figure 7b is another embodiment may be provided with wings arranged perpendicular to the length of the crucible.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 나타낸 사시도이다. 도시된 바와 같이 다수의 윙 간에 기밀성을 유지하기 위하여 각 윙은 폐쇄 시 중첩될 수 있는 간격으로 배열되며, 이때 윙 길이방향에 대해 양단으로는 결합홈(511)과 결합돌기(512)가 각각 형성되어 있다. 따라서 윙이 폐쇄시에는 상기 결합홈과 결합돌기가 기밀하게 접하여 도가니와 냉각판 사이의 열에너지 이동을 기밀하게 차단할 수 있는 것이다.8 is a perspective view showing a wing type door opening and closing apparatus according to another embodiment of the present invention. As shown, in order to maintain airtightness between the plurality of wings, each wing is arranged at an interval that can be overlapped upon closing, wherein
도 9는 본 발명에 따른 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치를 나타낸 절개 사시도이다. 앞서 언급한 바와 같이 주괴 제조장치들의 구성들이 진공챔버 내부에 배치되어 있으며, 도가니와 냉각판 사이로는 본 발명에 따른 윙 타입의 도어 개폐장치(500)가 구비된다. 실리콘 용융 중에는 윙이 폐쇄하여 있다가 실리콘 성장을 위해서 구동부를 제어하면 윙을 개방되면서 용융 실리콘 응고가 시작된다. 응고 속도는 윙의 개방 크기나 개방 속도를 통해 제어할 수 있다.
9 is a cutaway perspective view showing a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing apparatus according to the present invention. As mentioned above, the ingot manufacturing apparatuses are arranged inside the vacuum chamber, and a wing type door opening and
이와 같이 구성되는 본 발명은, 윙 타입 개폐장치를 적용하여 열적 불평형도를 해소하여 실리콘 성장의 결점을 해소할 수 있는 장점이 있고, 윙 타입 도어 개폐장치의 구조적 특징에 따라 주괴 제조장치의 전체 크기를 낮출 수 있으며, 길이형 주괴 제조에 적합한 이점이 있다. 또한, 개방된 윙을 수직방향으로 슬라이딩 구동되도록 구현함으로서 보다 정밀하게 불평형도를 제어할 수 있는 장점이 있다.The present invention configured as described above has the advantage of eliminating the defects of silicon growth by eliminating thermal inequality by applying the wing type switchgear, and the overall size of the ingot manufacturing apparatus according to the structural features of the wing type door switchgear. It can be lowered, there is an advantage suitable for the production of length ingot. In addition, there is an advantage to control the unbalance more precisely by implementing the open wing to be driven sliding in the vertical direction.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. On the contrary, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.
100 : 진공챔버 200 : 도가니
210 : 써셉터 220 : 히터
300 : 온도센서 400 : 냉각판
500 : 도어 개폐장치 510 : 윙
511 : 결합홈 512 : 결합돌기
520 : 기어 600 : 구동부
610 : 엔코더 700 : 슬라이딩모듈100: vacuum chamber 200: crucible
210: susceptor 220: heater
300: temperature sensor 400: cooling plate
500: door opening and closing device 510: wing
511: coupling groove 512: coupling protrusion
520: gear 600: drive unit
610: encoder 700: sliding module
Claims (9)
상기 도어 개폐장치는, 적어도 한 개 이상의 윙(wing)을 구비하고,
상기 윙을 수평상에서 회동하여 상기 냉각판과 도가니 사이의 열방출을 제어하도록 상기 윙을 회동시키는 구동부;로 구성되고,
상기 윙의 수직방향에 대해 상기 도어 개폐장치를 슬라이딩 시키는 슬라이딩 모듈;을 포함하여 구성되는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.A vacuum chamber of a predetermined size, a crucible provided in the vacuum chamber to receive a silicon raw material, a heater applying heat to melt the silicon raw material in the crucible, a susceptor provided below the crucible, and the crucible in the crucible A cooling plate for dissipating heat to grow molten silicon, a door opening and closing device provided between the crucible and the cooling plate to constrain heat release to melt or grow silicon, and a temperature sensor for measuring the temperature of the crucible; In the polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus comprising a control unit for controlling the temperature in the crucible so that the melting and uniform growth of the silicon in the crucible in response to the output value of the temperature sensor,
The door opening and closing device, at least one wing (wing),
And a drive unit pivoting the wing to rotate the wing to control heat dissipation between the cooling plate and the crucible by rotating the wing horizontally.
And a sliding module for sliding the door opening and closing device with respect to the vertical direction of the wing.
적어도 2개 이상 구비되고, 상기 구동부는 상기 다수의 윙이 연동되도록 구동시키는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The wing according to claim 1,
At least two or more, the drive unit is a polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device, characterized in that for driving the plurality of wings to interlock.
회동점이 상기 윙의 중심에 있는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The wing according to claim 1,
Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device, characterized in that the pivot point is in the center of the wing.
회동점이 상기 윙의 일측에 있어 편심 회동하는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The wing according to claim 1,
Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device characterized in that the pivoting point is eccentrically rotated on one side of the wing.
적어도 한 개 이상의 윙에 각각 구비되거나, 일체로 연동시키는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The driving apparatus according to claim 1,
Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing-type door opening and closing device, characterized in that each of the at least one wing, or integrally interlocked.
상기 각 윙의 회전량을 검출하여 개방 크기를 결정하기 위한 엔코더를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The driving apparatus according to claim 1,
And an encoder for determining the opening size by detecting the rotation amount of each wing.
다수의 윙이 일정간격 중첩되도록 배열되고, 중첩되는 면으로는 각각 대응하는 결합홈과 결합돌기가 구비되어 상기 결합홈에 결합돌기가 결합되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The wing of claim 1 wherein the wing is
A plurality of wings are arranged so as to overlap a predetermined interval, the overlapping surface is provided with a wing-type door opening and closing device, characterized in that the corresponding coupling groove and the engaging projection is provided to be coupled to the coupling groove, respectively. Polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus.
상기 온도센서로부터 검출되는 도가니의 온도 상태에 따라 상기 윙을 개방 각도를 엔코더를 통해 검출하고 개방 각도를 조절하여 열방출을 제어하는 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The method of claim 6, wherein the driving unit,
According to the temperature state of the crucible detected by the temperature sensor polycrystalline silicon ingot manufacturing apparatus having a wing type door opening and closing device characterized in that for detecting the opening angle through the encoder and controlling the heat release by adjusting the opening angle. .
볼스크류 타입의 리니어 엑츄에이터인 것을 특징으로 하는 윙 타입 도어 개폐장치를 구비한 다결정 실리콘 주괴 제조장치.The method of claim 1, wherein the sliding module,
A device for manufacturing a polycrystalline silicon ingot having a wing type door opening and closing device, which is a ball screw type linear actuator.
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GRNT | Written decision to grant | ||
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