一种多晶硅生产中使用的硅芯及其硅芯组件制造技术

一种多晶硅生产中使用的硅芯及其硅芯组件，涉及多晶硅生产领域，本发明专利技术所述的硅芯由若干相互并列排置的竖硅条组合而成，各竖硅条之间留有间隙，便于还原炉中的反应气体从硅条之间穿过。组合后的硅芯横截面不同于传统的实心结构的硅芯，可以用较少的硅材获得较大的结晶表面积，从而加快多晶硅的形成。其优点在于：1、硅条的拉制及组合简单、操作方便。2、生产效率高，后期使用成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多晶硅生产领域，具体说涉及一种多晶硅生产过程中使用的硅芯及其硅芯组件。
技术介绍
随着光伏（PV）行业的发展，多晶硅的使用量在逐渐增大。生产多晶硅时，多数是利用还原炉进行多晶硅的还原生产，即通过化学气相沉积（CVD）法在硅芯的表面沉积多晶硅。在现有技术中，首先将三根实心圆硅芯或方硅芯搭接成“Π”字形结构，然后在还原炉内进行还原反应。所述还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的。先在还原炉内用硅芯搭接成若干“Π”字形结构的闭合回路，即进行“搭桥”。每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成。将闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底的两个电极上，两个电极分别连接直流电源的正负极。为了便于描述，在本专利技术中将这种按照“Π”字形结构搭接好的硅芯组合体称作“硅芯组件”。将一个或多个硅芯组件放置在还原炉内，利用直流电对硅芯进行加热，加热中每一组搭接好的硅芯组件即相当于一个大电阻。继而向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行多晶硅的沉积。在还原炉内多晶硅会逐渐沉积在硅芯的表面形成多晶硅棒。多晶硅棒经过破碎后再利用直拉炉拉制成单晶硅棒。现有技术在搭接硅芯组件时，通常使用的硅芯为直径8mm左右的实心圆硅芯或用硅锭经线切割形成的10×10mm的方硅芯。在还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积会越来越大，反应气体分子对沉积面（硅芯表面）的碰撞机会和数量也会随之增加。当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多。因此在搭接硅芯组件时，所使用硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高。相对而言，使用大硅芯不仅可以提高多晶硅还原时的生产效率，同时也可以降低生产成本。为此，本申请人也曾试图采用大直径的实心硅芯。大直径的实心硅芯固然可以提高还原过程的生产率，但大直径硅芯的拉制却也存在生产效率低下的问题。硅芯的直径越大，其拉制也越发困难，并且在炉内一次拉制的根数也受到限制。此外，采用大直径的实心硅芯还存在不便运输、搭接后击穿难度大等问题。为了提高多晶硅的生产效率，美国GT太阳能公司在其专利号为200780015406.5、名称为“在化学气相沉积反应器中提高的多晶硅沉积”的专利文献中公开了一种横截面为圆形的空心硅芯，用直径为50毫米的管状硅丝替代传统的细棒，从而提高产量。该文件的全部内容在本专利中被用作参考。采用上述专利的这种空心硅芯虽然可以解决现有技术中的部分问题，但由于空心硅芯的拉制存在困难，故目前尚未见大规模实施。针对上述问题，本申请人于2016年1月6日曾提交一份在先专利申请，申请号为201610002833.0。该申请公开了一种利用板状或圆柱状硅条组成空心硅芯及其组合件的技术方案，本专利技术是对该在先申请的补充。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种多晶硅生产过程中使用的硅芯及其硅芯组件。本专利技术的硅芯由若干相互并列排置的竖硅条组合而成，各竖硅条之间留有间隙，便于还原炉中的反应气体从硅条之间穿过。组合后的硅芯横截面既不同于传统的实心结构的硅芯，也不同于美国GT太阳能公司的200780015406.5号专利以及本申请人于2016年1月6日提交的申请号为201610002833.0的专利申请所公开的空心结构硅芯，在此称之为“半空心结构”的柱形硅芯。本专利技术使用的竖硅条可以是平板硅条，也可以是具有异形横截面的硅条，例如“L”硅条或圆弧形硅条，还可以是圆柱形硅条。将竖硅条间隔一定的距离并列排置，使反应气体可以进入硅芯内部，该间隙在结晶过程中可以逐渐缩小并最终被弥合。所述半空心结构的柱形硅芯，其柱形的横截面形状可以是圆形或多边形。本专利技术还提供了一种多晶硅生产中使用的硅芯组件，该硅芯组件由上述半空心结构的柱形硅芯及上锁紧机构和下锁紧机构组成。所述的下锁紧机构由一固定座构成，固定座的上表面开设若干与竖硅条位置及形状相匹配的孔或卡槽，两者采用过盈配合，将竖硅条的下端固定在固定座上，借助于固定座将电极与硅芯相连接。为了使固定座能重复利用，可以在固定座的外侧套接一个护套，在护套的上表面设置与固定座上孔或卡槽位置及形状相匹配的硅条穿孔，护套被紧固在固定座上。所述的上锁紧机构为设置在竖硅条上端的一块横硅板，在横硅板的下表面设置形状与竖硅条位置及形状相匹配的孔或卡槽，两者采用过盈配合，横硅板将两组半空心硅芯连接并固定。采用本专利技术的半空心硅芯及其组件，可以用较少的硅材获得较大的结晶表面积，从而加快多晶硅的形成。【附图说明】图1是本专利技术硅芯组件一个实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术中由平板硅条组成的横截面形状为方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图3是本专利技术中由平板硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图4是本专利技术中由“L”硅条组成的横截面形状为长方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图5是本专利技术中由圆弧形硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图6是本专利技术中由圆弧形硅条组成的横截面形状为方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图7是本专利技术中由圆柱形硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图8是本专利技术中由圆柱形硅条组成的横截面形状为方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图9是本专利技术中护套的轴向剖视结构示意图；图10是本专利技术中上锁紧机构的结构示意图；附图中的标号与零部件名称的对应关系为：1、横硅板；2、平板硅条；3、固定座；4、“L”硅条；5、圆弧形硅条；6、圆柱形硅条；7、硅条穿孔；8、护套；9、硅条卡槽。【具体实施方式】以下结合说明书附图通过具体实施例对本专利技术做进一步说明。图1是本专利技术硅芯组件的一个实施例，它表示了硅芯组件的整体结构。图2是图1的俯视结构示意图。该硅芯组件包括横硅板1、平板硅条2和固定座3。平板硅条2并列排置构成横截面形状为正方形的空心硅芯。平板硅条2之间留有间隙，使反应气体可以进入硅芯内部，该间隙在结晶过程中可以逐渐缩小并最终可以被弥合。图3是本专利技术中由平板硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图4是本专利技术中由“L”形硅条组成的横截面形状为长方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图5是本实用新中由圆弧形硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图6是本专利技术中由圆弧形硅条组成的横截面形状为方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图7是本专利技术中由圆柱形硅条组成的横截面形状为圆形的半空心柱形硅芯的横截面示意图；图8是本专利技术中由圆柱形硅条组成的横截面形状为方形的半空心柱形硅芯的横截面示意图。图3-8所示的实施例与图1-2所示的实施例基本相同，其区别仅在于所使用的竖硅条横截面形状有所不同。该竖硅条除了平板形硅条之外还可以是圆弧形的、“L”形的以及圆柱形的；由竖硅条所组合成的半空心柱形硅芯的横截面形状除了正方形的之外还可以是圆形的以及其它多边形的。通过上、下锁紧机构可以将两个半空心柱形硅芯连接在一起。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅生产中使用的硅芯，其特征在于：该硅芯由多根竖硅条拼合而成，各竖硅条相互并列并留有间隙，拼合后的硅芯为半空心的柱形硅芯。

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅生产中使用的硅芯，其特征在于：该硅芯由多根竖硅条拼合而成，各竖硅条相互并列并留有间隙，拼合后的硅芯为半空心的柱形硅芯。
2.如权利要求1所述的硅芯，其特征在于：所述竖硅条为平板硅条（2）。
3.如权利要求1所述的硅芯，其特征在于：所述竖硅条的横截面为“L”型硅条（4）。
4.如权利要求1所述的硅芯，其特征在于：所述竖硅条的横截面为圆弧形硅条（5）。
5.如权利要求1所述的硅芯，其特征在于：所述竖硅条为圆柱形硅条（6）。
6.如权利要求1-5所述的硅芯，其特征在于：拼合后半空心结构硅芯的横截面形状为圆形。
7.如权利要求1-5所述的硅芯，其特征在于：拼合后半空心结构硅芯的横截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝轩，
申请(专利权)人：洛阳金诺机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41