KR20120077838A - 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트 - Google Patents

다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트는 사각 판형의 베이스;와, 일단부에 냉매가 공급되는 공급구가 형성되어 상기 베이스의 일측에 종방향으로 형성되는 유입통로;와, 타단부에 냉매가 배출되는 배출구가 형성되어 상기 베이스의 타측에 종방향으로 형성되는 배출통로; 및, 상기 유입통로와 배출통로 사이에 횡방향으로 다수 이격 배치되어 상기 유입통로와 배출통로를 연결하는 연결통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 주형의 하부를 냉각시키는 냉각플레이트가 전체적으로 균등한 온도분포를 제공할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트가 제공된다.

Description

다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트 {COOLING PLATE FOR POLYCRYSTLINE SILICON INGOT PRODUCING APPARATUS}
본 발명은 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주형의 하부를 냉각시키는 냉각플레이트가 전체적으로 균등한 온도분포를 제공할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트에 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 냉각수를 순환시켜 실리콘 융액이 상측방향으로 냉각 고화되도록 하는 방법이 일반적이다.
상기와 같은 종래의 냉각플레이트(16)는 도 2에서 도시하는 바와 같이 냉매가 냉각플레이트의 일측에 형성되는 공급구를 통해 공급되고, 타측에 형성되는 배출구를 통해 배출되는 과정에서 공급구와 배출구의 사이에 지즈재그형태로 배치되는 순환통로를 통과하면서 주형의 하부를 냉각시키도록 구성되어 있다.
그런데, 이러한 종래의 냉각플레이트(16)는 냉매의 공급측과 배출측의 온도차이가 발생하면서 실리콘을 냉각고화시키는 주형의 저면부 온도분포에 영향을 끼치게 되므로, 실리콘 잉곳의 품질저하를 일으키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 냉매가 순환하는 냉각플레이트의 상측면이 전체적으로 균등한 온도분포를 갖게 할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 사각 판형의 베이스;와, 일단부에 냉매가 공급되는 공급구가 형성되어 상기 베이스의 일측에 종방향으로 형성되는 유입통로;와, 타단부에 냉매가 배출되는 배출구가 형성되어 상기 베이스의 타측에 종방향으로 형성되는 배출통로; 및, 상기 유입통로와 배출통로 사이에 횡방향으로 다수 이격 배치되어 상기 유입통로와 배출통로를 연결하는 연결통로;를 포함하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트에 의해 달성된다.
여기서, 상기 유입통로와 배출통로와 연결통로로 구성되는 냉각유로는 상기 베이스의 상부와 하부에 각각 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 베이스의 상부에 배치되는 냉각유로와 하부에 배치되는 냉각유로는 유입통로과 배출통로가 서로 대향하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부 냉각유로와 하부 냉각유로의 연결통로는 평면상에서 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입통로와 배출통로는 베이스에 개구부를 갖는 홈의 형태로 각각 이루어지고, 상기 개구부는 커버에 의해 마감되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 냉매가 순환하는 냉각플레이트의 상측면이 전체적으로 균등한 온도분포를 갖게 할 수 있는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트가 제공된다.
도 1은 종래 다결정 실리콘 제조장치의 단면도,
도 2는 종래 다결정 실리콘 제조장치의 냉각플레이트의 단면도,
도 3은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 상부 냉각유로를 나타내는 부분절개 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 하부 냉각유로를 나타내는 부분절개 사시도,
도 6은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 저면도,
도 7은 도 6의 A-A'선 단면도,
도 8은 도 6의 B-B'선 단면도,
도 9는 도 6의 C-C'선 단면도,
도 10는 도 9의 D-D'선 단면도이고,
도 11은 도 9의 E-E'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 냉각플레이트에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중 도 3은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 사시도이고, 도 4는 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 상부 냉각유로를 나타내는 부분절개 사시도이고, 도 5는 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 하부 냉각유로를 나타내는 부분절개 사시도이다.
상기 도면에서 도시하는 바와 같은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트는 주형 하부에 배치되는 베이스(110)와, 상기 베이스(110)의 내부 상측에 형성되는 상부 냉각유로(120)와, 상기 베이스(110)의 내부 하측에 형성되는 하부 냉각유로(130)를 포함하여 구성된다.
상기 베이스(110)는 소정의 두께를 갖는 사각의 판형부재로 이루어져 주형의 하부에 배치된다.
상기 상부 냉각유로(120)는 상기 베이스(110)의 내측 상부영역에 형성되는 것으로, 상기 베이스(110)의 일측에 종방향으로 형성되는 유입통로(121)와, 상기 베이스(110)의 타측에 종방향으로 형성되는 배출통로(122)와, 상기 유입통로(121)와 배출통로(122)를 연결하도록 횡방향으로 형성되는 다수의 연결통로(123)와, 상기 유입통로(121)의 일단부에서 베이스(110)의 저면을 향해 관통 형성되어 냉매가 공급되는 공급구(124)와, 상기 배출통로(122)의 타단부에서 베이스(110)의 저면을 향해 관통 형성되어 냉매가 배출되는 배출구(125) 및, 상기 베이스(110)의 양측면에서 일측이 개구된 홈의 형태로 형성되는 상기 유입통로(121)와 배출통로(122)의 개구부를 각각 마감하는 커버(126)로 구성된다.
상기 하부 냉각유로(130)는 상기 베이스(110)의 내측 하부영역에 형성되는 것으로, 상기 베이스(110)의 타측에 종방향으로 형성되는 유입통로(131)와, 상기 베이스(110)의 일측에 종방향으로 형성되는 배출통로(132)와, 상기 유입통로(131)와 배출통로(132)를 연결하도록 횡방향으로 형성되는 다수의 연결통로(133)와, 상기 유입통로(131)의 타단부에서 베이스(110)의 저면을 향해 관통 형성되어 냉매가 공급되는 공급구(134)와, 상기 배출통로(132)의 일단부에서 베이스(110)의 저면을 향해 관통 형성되어 냉매가 배출되는 배출구(135) 및, 상기 베이스(110)의 양측면에서 일측이 개구된 홈의 형태로 형성되는 상기 유입통로(131)와 배출통로(132)의 개구부를 각각 마감하는 커버(136)로 구성된다.
여기서, 상기 상부 냉각유로(120)와 하부 냉각유로(130)의 연결통로(123,133)들은 평면에서 보았을 때 서로 중첩되지 않는 위치에 각각 형성된다. 그리고 상부 냉각유로(120)와 하부 냉각유로(130)의 유입통로(121,131) 및 배출통로(122,132)가 서로 대향하는 위치에 형성되고, 상부 냉각유로(120)의 공급구(124)와 배출구(125)의 위치와 하부 냉각유로(130)의 공급구(134)와 배출구(135)의 위치가 서로 엇갈리도록 형성되어 전체적으로 균등한 온도분포를 갖도록 한다.
아울러, 상부 냉각유로(120)의 공급구(124)와 배출구(125) 및 하부 냉각유로(130)의 공급구(134)와 배출구(135)는 베이스(110)의 저면부로 노출되는 개구측 주변부에 냉매배관과의 접속을 위한 접속부(140)가 각각 형성되며, 각 접속부(140)에는 체결공과 실링부재가 안착되는 안착홈이 각각 형성된다.
지금부터는 상술한 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
첨부도면 중 도 6은 본 발명 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트의 저면도이고, 도 7은 도 6의 A-A'선 단면도이고, 도 8은 도 6의 B-B'선 단면도이고, 도 9는 도 6의 C-C'선 단면도이고, 도 10은는 도 9의 D-D'선 단면도이고, 도 11은 도 9의 E-E'선 단면도이다.
도 6을 참조하면, 사각 판형의 베이스(110)의 내부 상측에 상부 냉각유로(120)가 형성되고 하측에 하부 냉각유로(130)가 각각 배치되고, 각각의 냉각유로는 베이스(110)의 양측에 유입통로(121,131)와 배출통로(122,132)가 각각 형성된 상태에서 다수의 연결통로(123,133)에 의해 연결된다.
도 7 및 도 8에서 도시하는 바와 같이 상부 냉각유로(120)의 공급구(124)와 하부 냉각유로(130)의 배출구(135)는 도면상에서 베이스(110)의 좌측 상단부 모서리부분에 이격 배치되고, 상부 냉각유로(120)의 배출구(125)와 하부 냉각유로(130)의 공급구(134)는 베이스(110)의 우측 하단부 모서리부분에 이격 배치된다. 또한, 상부 냉각유로(120)의 연결통로(123)와 하부 냉각유로(130)의 연결통로(133)는 수직방향으로 서로 중첩되지 않는 위치에 각각 형성된다.
또한, 도 9와 같이 상부 냉각유로(120)와 하부 냉각유로(130)는 베이스(110)의 상측과 하측에 각각 독립적으로 형성되고, 베이스(110)의 양측에 배치되는 유입통로(121,131)와 배출통로(122,132)는 베이스(110)의 측면에서 홈의 형태로 형성되어 외측방향으로 개구되는데, 이러한 개구부는 커버(126,136)에 의해 각각 마감된다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기와 같은 상부 냉각유로(120)의 냉매 흐름을 살펴보면, 유입통로(121)의 일단부(도면의 좌측상단부 모서리)에 마련된 공급구(124)로 공급되는 냉매는 종방향의 유입통로(121)를 채운 다음, 유입통로(121)와 배출통로(122)를 연결하도록 횡방향으로 다수 형성되는 연결통로(123)들을 통해 배출통로(122) 측으로 이동하고, 베이스(110)의 대향측에서 유입통로(121)와 나란하게 종방향으로 형성된 배출통로(122)에 채워진 다음, 배출통로(122)의 타단부(도면의 우측하단부 모서리)에 형성된 배출구(125)를 통해 배출된다.
상기와 같이 베이스(110)의 일측(도면에서 좌측부분)에 종방향으로 형성된 유입통로(121)에 냉매가 채워진 상태에서 다수의 횡방향 연결통로(123)들을 통해 베이스(110)의 타측(도면에서 우측부분)에 종방향으로 형성된 배출통로(122)로 냉매가 이동하게 되므로, 유입통로(121)가 형성된 베이스(110)의 좌측부분의 온도는 낮고, 배출통로(122)가 형성된 베이스(110)의 우측부분은 온도가 상대적으로 높게 형성되며, 냉매가 균등하게 좌측에서 우측방향으로 이동하므로 도면상에서 베이스(110)의 상측부분과 하측부분의 온도분포는 균등하게 이루어진다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이 하부 냉각유로(130)의 냉매 흐름을 살펴보면, 상부 냉각유로(120)와는 달리 베이스(110)의 타측(도면에서 우측부분)에 유입통로(131)가 종방향으로 형성되고 일측(도면에서 좌측부분)에 배출통로(132)가 종방향으로 형성되어 있다.
그리고, 유입통로(131)의 타단부(도면에서 우측하단부 모서리)에 형성된 공급구(134)로 공급되는 냉매는 종방향의 유입통로(131)에 채워진 다음, 횡방향으로 다수 형성된 연결통로(133)들을 통해 대향측의 배출통로(132)로 이동하고, 배출통로(132)의 일단부(도면의 좌측상단부 모서리)에 형성된 배출구(135)를 통해 배출된다.
즉, 하부 냉각유로(130)는 도면의 우측에서 좌측방향으로 냉매가 이동하므로, 우측부분의 온도가 낮고 좌측부분의 온도가 상대적으로 높게 형성되며, 상측부분과 하측부분의 온도분포는 균등하게 이루어진다. (도 10참조)
상기와 같이 상부 냉각유로(120)의 유입통로(121)와 배출통로(122)가 베이스(110)의 양측에 종방향으로 형성되어 냉매가 좌측에서 우측방향으로 이동하고, 하부 냉각유로(130)는 우측에서 좌측방향으로 냉매가 이동하는데, 이러한 상부 냉각유로(120)와 하부 냉각유로(130)가 베이스(110)의 상측과 하측에 중첩되도록 배치되어 있으므로, 베이스(110)의 좌측부분과 우측부분의 온도가 서로 상쇄되어 전체적으로 균등하게 형성된다.
또한, 앞서 언급한 바와 같이 유입통로(121,131)과 배출통로(122,132)가 베이스(110)의 양측에 종방향으로 각각 형성되고, 횡방향으로 배치되는 다수의 연결통로(123,133)들에 의해 서로 연결되어 냉매가 이동하므로, 도면의 상측부분과 하측부분의 온도 역시 균등하게 형성된다.
따라서, 본 발명에 따른 냉각플레이트는 사각 판형의 베이스(110)의 전면적이 균등한 온도를 이루며 주형의 하부를 냉각시키게 된다. 이러한 구성에 의해 실리콘 융액이 주형의 하부 전면적으로부터 균등하게 냉각되면서 결정이 성장하게 되므로, 전체적으로 균등한 품질의 실리콘 잉곳을 생산할 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:베이스, 120:상부 냉각유로, 121:유입통로, 122:배출통로,
123:연결통로, 124:공급구, 125:배출구, 126:커버, 130:하부 냉각유로,
131:유입통로, 132:배출통로, 133:연결통로, 134:공급구, 135:배출구,
136:커버

Claims (5)

  1. 사각 판형의 베이스;
    일단부에 냉매가 공급되는 공급구가 형성되어 상기 베이스의 일측에 종방향으로 형성되는 유입통로;
    타단부에 냉매가 배출되는 배출구가 형성되어 상기 베이스의 타측에 종방향으로 형성되는 배출통로; 및,
    상기 유입통로와 배출통로 사이에 횡방향으로 다수 이격 배치되어 상기 유입통로와 배출통로를 연결하는 연결통로;를 포함하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유입통로와 배출통로와 연결통로로 구성되는 냉각유로는 상기 베이스의 상부와 하부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 베이스의 상부에 배치되는 냉각유로와 하부에 배치되는 냉각유로는 유입통로과 배출통로가 서로 대향하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상부 냉각유로와 하부 냉각유로의 연결통로는 평면상에서 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유입통로와 배출통로는 베이스에 개구부를 갖는 홈의 형태로 각각 이루어지고, 상기 개구부는 커버에 의해 마감되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 잉곳 제조장치용 냉각플레이트.
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