用于拉制单晶硅的低能耗热场制造技术

本实用新型专利技术涉及太阳能行业或半导体行业的硅单晶制造领域，尤其涉及一种用于拉制单晶硅的低能耗热场，包括设置在炉体内壁处的保温筒，加热器、石英坩埚、托碗、托座和托杆，加热器设置在保温筒的内圈，石英坩埚设置在加热器的内腔，石英坩埚的外部包覆有托碗，托座安装在托碗的底部并由托杆支撑，在石英坩埚的上部设置有热屏，热屏分为内热屏和外热屏，内热屏与外热屏之间具有厚度为35～80mm的绝热层。本实用新型专利技术的用于拉制单晶硅的低能耗热场通过在内、外热屏之间增设绝热层，有效的阻止了热量从热屏向上炉腔和晶体的传递，显著降低了拉晶能耗，本实用新型专利技术还能提高拉晶速度，提高成品质量，延长热场零部件使用寿命，降低成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及太阳能行业或半导体行业的硅单晶制造领域，尤其涉及一种用于拉制单晶硅的低能耗热场。
技术介绍
目前太阳能晶体硅的制造普遍采用两种方法1)直拉单晶法又称为切克劳斯基法(Czochralski)和2)多晶铸锭法。其中直拉单晶由于消除了晶界和晶界杂质对太阳能电池能量转换效率的负面影响。因而用单晶制作的太阳能电池的能量转换效率比多晶太阳能电池高2%以上。直拉单晶法的特点是在一个直筒型的热系统中用石墨电阻加热，将装在高纯石英坩埚中的多晶硅原料熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，同时转动籽晶并反向转动坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶，放肩，转肩，等径生长，收尾等过程，一根单晶硅晶体就拉制出来了。拉制单晶是一个费时，耗能的过程.目前单晶硅的制造费用占整个太阳能电池制造成本的40-50%。单晶炉的热场通常包括加热器，侧保温筒，下保温筒，热屏(导流筒)，保温盖，石英坩埚，坩埚托碗，托杆，电极等组成。加热器是热场中重要的部件之一，它是由热等静压成型法生产的高纯石墨制成， 形状为俩半圆筒，纵向开缝分瓣，形成串联电阻，两组并联后形成串并联回路。石墨托碗用来支承石英坩埚，分两瓣或三瓣埚，托杆和托座共同组成了托碗的支撑体。上，下保温筒通常用软碳毡包裹而成。此种方法绝热效果一般，常常损耗热能。目前国内普遍使用的热场以20英寸和22英寸的热场为主。以22英寸的热场拉制6. 5英寸晶体为例，目前国内拉晶的平均等径功率通常在50-70kW之间，耗能、耗时、成本尚ο
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是针对目前单晶制造耗能、耗时、成本高的技术问题，本技术提供一种用于拉制单晶硅的低能耗热场。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种用于拉制单晶硅的低能耗热场，包括设置在炉体内壁处的保温筒，加热器、石英坩埚、托碗、托座和托杆，加热器设置在保温筒的内圈，石英坩埚设置在加热器的内腔，石英坩埚的外部包覆有托碗，所述的托座安装在托碗的底部并由托杆支撑，在石英坩埚的上部设置有热屏，所述的热屏分为内热屏和外热屏，内热屏与外热屏之间具有厚度为35 80mm的绝热层。为了进一步提高保温效果，阻断热量向炉腔上部传递，所述热屏上部增设了保温层。为了提高拉晶速度，所述内热屏呈倒梯形结构。为了进一步增强绝热效果，所述的绝热层为碳纤维增强的碳-碳复合材料的绝热3层。本技术的有益效果是，本技术的用于拉制单晶硅的低能耗热场通过在内、外热屏之间增设绝热层，有效的阻止了热量从热屏向上炉腔和晶体的传递，显著降低了拉晶能耗，本技术还能提高拉晶速度，提高成品质量，延长热场零部件使用寿命，降低成本。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术用于拉制单晶硅的低能耗热场最优实施例的结构示意图。图中1、保温筒，2、石英坩埚，3、托碗，4、托座，5、托杆，6-1、内热屏，6-2、外热屏， 7、绝热层，8、保温层。具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图， 仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。如图1所示，是本技术用于拉制单晶硅的低能耗热场最优实施例，包括设置在炉体内壁处的保温筒1，加热器、石英坩埚2、托碗3、托座4和托杆5，加热器设置在保温筒1的内圈，石英坩埚2设置在加热器的内腔，石英坩埚2的外部包覆有托碗3，托座4安装在托碗3的底部并由托杆5支撑，在石英坩埚2的上部设置有热屏，热屏分为内热屏6-1和外热屏6-2，内热屏6-1呈倒梯形，内热屏6-1与外热屏6-2之间具有厚度为35 80mm的绝热层7，具体地，绝热层7的厚度可优选35mm、60mm或80mm。绝热层7采用了碳纤维增强的碳-碳复合材料(CFC)，热屏上部还增设了 80mm厚的固化碳毡保温层8。对整个热系统的保温，采用了固化碳毡和软碳毡的有效组合，从而既有效的保证了保温效果，又不至于显著的增加热场成本。本技术热系统的拉晶试验结果如下对22英寸热场拉制6. 5英寸晶体，实际的平均等径功率在38-40KW之间，超低能耗。 合理的热场设计带来的另一个好处是，固液界面温度的提高，从而可实现高拉速下的拉晶。本热场设计能实现1.2mm/min以上的平均等径拉速(现有正常水平在 0. 8-1. Omm/min)，提高拉速，从而缩短生产周期，提高生产效率。由于拉晶功率的降低，使得石英坩埚和熔体界面的温度分布更趋于合理，这有助于抑制熔体对流和氧在熔体中的传输，从而降低晶体的氧，碳含量，提高晶体品质和成晶率。此外，一些关键零件采用了新型的固化碳毡和碳纤维增强的碳-碳复合材料(CFC)，与常用的软碳毡相比，该新型材料的挥发物质显著降低，有利于减少绝热材料对熔体的污染， 提高晶体品质。以上述依据本技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项技术技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项技术的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。权利要求1.一种用于拉制单晶硅的低能耗热场，包括设置在炉体内壁处的保温筒(1)，加热器、 石英坩埚O)、托碗(3)、托座(4)和托杆(5)，加热器设置在保温筒(1)的内圈，石英坩埚 (2)设置在加热器的内腔，石英坩埚O)的外部包覆有托碗(3)，所述的托座(4)安装在托碗(3)的底部并由托杆(5)支撑，其特征在于在石英坩埚O)的上部设置有热屏，所述的热屏分为内热屏(6-1)和外热屏(6-2)，内热屏(6-1)与外热屏(6-2)之间具有厚度为35 80mm的绝热层(7)。2.如权利要求1所述的用于拉制单晶硅的低能耗热场，其特征在于所述热屏上部增设了保温层(8)。3.如权利要求1所述的用于拉制单晶硅的低能耗热场，其特征在于所述内热屏(6-1) 呈倒梯形结构。4.如权利要求1所述的用于拉制单晶硅的低能耗热场，其特征在于所述的绝热层(7) 为碳纤维增强的碳-碳复合材料的绝热层(7)。专利摘要本技术涉及太阳能行业或半导体行业的硅单晶制造领域，尤其涉及一种用于拉制单晶硅的低能耗热场，包括设置在炉体内壁处的保温筒，加热器、石英坩埚、托碗、托座和托杆，加热器设置在保温筒的内圈，石英坩埚设置在加热器的内腔，石英坩埚的外部包覆有托碗，托座安装在托碗的底部并由托杆支撑，在石英坩埚的上部设置有热屏，热屏分为内热屏和外热屏，内热屏与外热屏之间具有厚度为35～80mm的绝热层。本技术的用于拉制单晶硅的低能耗热场通过在内、外热屏之间增设绝热层，有效的阻止了热量从热屏向上炉腔和晶体的传递，显著降低了拉晶能耗，本技术还能提高拉晶速度，提高成品质量，延长热场零部件使用寿命，降低成本。文档编号C30B15/00GK202297853SQ20112044240公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日专利技术者王煜辉 申请人:常州华盛恒能光电有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王煜辉，
申请(专利权)人：常州华盛恒能光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：