CN102770952B - 硅锭的提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硅锭的提取装置及方法。本发明的装置包括：腔室，在所述腔室中引入在冷坩埚中形成的硅融液；一次提取装置，所述一次提取装置设置成相对于所述腔室在垂直方向上可以移动，并且所述一次提取装置凝固所述硅融液且提取硅锭；移动装置，所述移动装置在水平方向上移动所述一次提取装置；以及二次提取装置，所述二次提取装置设置到在所述腔室的下方使得所述二次提取装置在垂直方向上可以移动，所述二次提取装置在所述一次提取装置横向移动的状态下提取所述硅锭。本发明具有如下效果：通过减小提取装置的高度，可以降低设备的制造成本，而且还可以减小设置提取装置的空间。

Description

硅锭的提取装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能电池的硅锭，更具体地，涉及一种硅锭的提取装置及方法，用于分两次提取锭以降低提取硅锭的装置的高度。

背景技术

以前，用作太阳能电池的基板的硅片是通过较薄地切割单向凝固的硅锭而制成的。这里，硅片的质量和成本是由硅锭的质量和成本决定的。

因此，为了提高硅片的质量且降低成本，需要降低制造高质量的单向凝固硅锭的成本，对此开始使用电磁连续铸造法，该电磁连续铸造法使用用于凝固锭的模具材料的石墨或石英坩埚而无模具损失。

现有的电磁连续铸造法使用由感应线圈和设置在感应线圈内部的导电材料（通常使用无氧铜）制成的、下部敞开的且用于连续铸造的冷坩埚。所述冷坩埚具有在圆周方向上至少一部分由纵向狭缝被分为多个段的结构，并且所述冷坩埚具有冷却水流过内部的水冷结构以凝固熔融金属且保护冷坩埚。

如上所述，纵向形成的狭缝使得由流入感应线圈的高频电流产生的磁场传输至冷坩埚的内部并在溶解物质上产生感应电流，相应的焦耳热效应不仅加热且溶解连续供给的装入原料，而且在冷坩埚的内侧产生电磁力，减少溶解原料与冷坩埚内侧壁面之间的接触。

此外，溶解的硅融液在向冷坩埚的下方凝固的同时向下流动，如果继续提供原料，则可以连续生产单向凝固的硅锭。

这种电磁连续铸造法具有如下效果：减少与冷坩埚的接触，从而抑制原料的污染，在提高锭的质量的同时不会消耗模具，从而降低设备维持成本且提高生产率。

但是，上述现有的电磁连续铸造法具有如下问题。

首先，现有的电磁连续铸造装置具有的问题是，为了大批量生产而需要增加每批次的产量，然而，由于是在垂直方向上连续铸造，因此随着产量的增加，设备的尺寸会以几何级数增加。于是，如果设备的尺寸变大，则设备投资会增加，例如需要充分确保建筑物的层高。

其次，现有的电磁连续铸造装置为了按设计长度以适当的提取速度稳定地提取锭并将提取出的锭移出到装置外部，需要确保提取装置的充足的冲程（stroke）。例如，为了提取1m长的硅锭，需要确保锭长的至少两倍的2m的冲程。

为了更容易地说明，图1至图3示出根据现有技术的提取硅锭的过程的操作状态示意图。

如图所示，腔室1上分别具有进气口2和出气口3。投入到冷坩埚中的硅原料在所述腔室1中被熔化。所述硅熔液在腔室1内部凝固的同时被制成锭5。

所述锭5的底部由挤压垫7支撑，所述挤压垫7的底部与轴9结合。所述轴9设置成在垂直方向上可以移动，在下降的同时提取锭5。所述轴9由轴支架10支撑，所述轴9与螺杆11及轴导件13连接并移动。

另外，所述轴支架10沿着在垂直方向上设置成较长的轴导件13在垂直方向上移动，所述螺杆11的底部由支撑板14支撑。

在上述现有技术中，如图所示，所述轴导件13的高度大约为2L。这是因为，所述轴9为了提取具有高度L的锭5且将所述锭5移出到外部，还需要冲程L。参照图2，即使轴9下降L高度，所述锭5仍位于腔室1中，因此，如图3所示，需要再下降相当于冲程L的高度才能将所述锭5移出到外部。

如上所述，确保提取装置的冲程最终会造成设备的尺寸变大，设备投资上需要大量的成本。

发明内容

发明要解决的技术问题

因此，为了解决上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种具有可以降低用于提取硅锭的设备的高度的结构的硅锭的提取装置及方法。

本发明想要实现的技术问题不仅限于上面提到的技术问题，至于未提到的其它技术问题，本领域的技术人员可以从以下描述中清楚地了解。

解决技术问题的技术手段

为了实现上述目的，根据本发明的硅锭的提取装置的特征在于，包括：腔室，流入冷坩埚内的硅原料在所述腔室中被熔化；一次提取装置，所述一次提取装置设置成相对于所述腔室在垂直方向上可以移动，并且所述一次提取装置凝固所述硅熔液且提取硅锭；移动装置，所述移动装置在水平方向上移动所述一次提取装置；以及二次提取装置，所述二次提取装置设置在所述腔室的下方且所述二次提取装置在垂直方向上可以移动，所述二次提取装置在所述一次提取装置横向移开的状态下提取所述硅锭。

所述一次提取装置的特征在于，包括：第一轴，所述第一轴相对于所述腔室在垂直方向上可以移动；第一螺杆，所述第一螺杆与所述第一轴连接成使所述第一轴可以移动；以及轴导件，所述轴导件用于引导所述第一轴的移动。

所述第一轴的特征在于，在其顶部可拆装地结合用于支撑所述锭的底部的挤压垫。

所述第一轴的特征在于，固定到可移动地设置在所述第一螺杆及轴导件上的轴支架上。

所述二次提取装置的特征在于，包括：第二轴，所述第二轴以垂直方向设置在所述腔室的下方；支撑板，所述支撑板的升降由所述第二轴所引导，并且用于支撑所述挤压垫；以及第二螺杆，所述第二螺杆与所述支撑板连接成使所述支撑板升降，且使所述支撑板沿着所述第二轴升降。

所述移动装置的特征在于，包括：移动板，所述移动板支撑所述一次提取装置；以及移动导件，所述移动导件设置成使所述移动板在水平方向上可以移动。

所述第一轴的特征在于，在位于所述腔室的状态下，向所述第一轴提供冷却水。

所述一次提取装置的特征在于低速提取硅锭，所述二次提取装置的特征在于高速提取硅锭。

所述一次提取装置的特征在于以0.5至10.0mm/min的速度提取硅锭，所述二次提取装置的特征在于以100至500mm/min的速度提取硅锭。

所述一次提取装置的特征在于，所述一次提取装置的顶部具有用于与所述二次提取装置间的密封的真空波纹管。

根据本发明的其它特征，根据本发明的硅锭的提取方法的特征在于，包括下列步骤：使硅原料流入位于腔室内部的冷坩埚内并熔化所述硅原料；一次提取装置在使所述腔室中形成的硅熔液下降的同时凝固所述硅熔液，对硅锭进行一次提取；在水平方向上移动所述一次提取装置；以及二次提取装置在使凝固的所述硅锭下降的同时，进行二次提取。

在对硅锭进行一次提取的步骤之前，还包括向所述一次提取装置提供冷却水的步骤。

所述进行一次提取的步骤的特征在于低速提取硅锭，所述进行二次提取的步骤的特征在于高速提取硅锭。

所述进行一次提取的步骤的特征在于以0.5至10.0mm/min的速度进行，所述进行二次提取的步骤的特征在于以100至500mm/min的速度进行。

有益效果

本发明中，硅锭的提取装置的高度比现有的减小约一半。这是因为配置有两个提取硅锭的装置且分两次提取锭。如上所述，本发明具有如下效果：通过减小提取装置的高度，可以降低用于设备的制造成本，而且还可以确保设置提取装置的空间。

附图说明

图1至图3示出根据现有技术的提取硅锭的过程的操作状态示意图。

图4是根据本发明的硅锭的提取装置的正面图；

图5是根据本发明的硅锭的提取装置的侧面图；

图6是构成本发明实施例的轴和挤压垫结合的结构图。

图7是构成本发明实施例的轴和挤压垫分离的结构图。

图8至图10是根据本发明的硅锭的提取装置提取锭的过程的操作状态示意图。

具体实施方式

下文，参照附图详细说明根据本发明的硅锭的提取装置及方法的优选实施例。

图4是根据本发明的硅锭的提取装置的正面图，图5是根据本发明的硅锭的提取装置的侧面图，图6及图7是示出构成本发明实施例的轴和挤压垫的结合关系的结构图。

根据这些附图所示，根据本发明的硅锭的提取装置包括：腔室20，流入到冷坩埚内的硅原料在所述腔室20中被熔化；一次提取装置，所述一次提取装置设置成相对于所述腔室20在垂直方向上可以移动，并且所述一次提取装置凝固所述硅熔液且提取硅锭24；移动装置38，所述移动装置38横向移动所述一次提取装置；以及二次提取装置，所述二次提取装置设置在所述腔室20的下方使得所述二次提取装置在垂直方向上可以移动，所述二次提取装置在所述一次提取装置横向移开的状态下提取所述硅锭24。

在所述腔室20的内部空间内，将硅原料投入到冷坩埚内。所述腔室20的顶部和底部分别具有进气口21和出气口22。所述进气口21及出气口22为使用于制造硅锭24的气体流入及排出的通路。

而且，所述硅锭24的底部由挤压垫26支撑。所述挤压垫26通常由石墨制成。所述挤压垫26上具有与对应于第一轴30的结合槽30′的结合突出部26′连接的结合板27。所述结合突出部26′被***所述结合槽30′中使得所述挤压垫26与所述第一轴30相互结合。即，所述挤压垫26和所述第一轴30由与结合板27连接的结合突出部26′及结合槽30′相互可拆装地结合。

在所述挤压垫26和第一轴30之间的空间内设置有真空波纹管28。所述真空波纹管28是为了与二次提取装置之间的密封而设置的，一次提取结束后与所述一次提取装置一起移动。此外，为了与所述二次提取装置之间的密封可以设置除真空波纹管之外的其它密封部件。

另外，本发明的一次提取装置包括：第一轴30，所述第一轴30相对于所述腔室20在垂直方向上可以移动；第一螺杆32，所述第一螺杆32连接成使所述第一轴30可以移动；以及轴导件34，所述轴导件34用于引导所述第一轴30的移动。

所述一次提取装置较长地设置在垂直方向上，如图7所示，具有高度L。该高度与现有的轴导件13的高度2L相比减小了一半。如上所述，本发明通过显著减小设备的高度，具有整体降低设备制造成本的效果。

这里，由于所述第一轴30上升至腔室20内的高度区域，因此需要应用水冷式结构提供冷却水。

所述轴导件34上具有相对于轴导件34支撑所述第一轴30的轴支架31。所述轴支架31设置成沿着所述轴导件34可以移动。所述轴导件34通常使用LM（直线运动）导件。

同时，所述一次提取装置的底部具有移动板36。所述移动板36起到支撑所述第一螺杆32及轴导件34的作用。此外，所述移动板36可移动地设置在移动导件38上。如图5所示，所述移动导件38较长地设置在水平方向上，使得结束一次提取后的一次提取装置可以在水平方向上移动。

然后，本发明的二次提取装置包括：第二轴40，所述第二轴40以垂直方向设置在所述腔室20的下方；支撑板44，所述支撑板44的升降由所述第二轴40所引导，并且用于支撑所述挤压垫26；以及第二螺杆42，所述第二螺杆42结合成使所述支撑板44升降，且使所述支撑板44沿着所述第二轴40升降。

所述第二轴40设置成位于所述第一轴30的***。而且，所述支撑板44位于所述二次提取装置的顶部，起到支撑所述挤压垫26的作用。在对锭进行二次提取24时，所述支撑板44在支撑挤压垫26的同时下降。

本实施例中，所述一次提取装置以低速进行提取操作，所述二次提取装置以高速进行提取操作。优选地，所述一次提取装置以0.5至10.0mm/min的速度提取锭24，所述二次提取装置以100至500mm/min的速度提取锭24。换句话说，所述第一轴30的升降速度是0.5至10.0mm/min，第二轴40的升降速度是100至500mm/min。

如上所述，使一次提取速度和二次提取速度不同的理由如下：本实施例中，所述二次提取装置是在一次提取装置完成一次提取后进行二次提取的装置，实质上凝固且制造锭24的步骤在一次提取中完成，二次提取是将凝固的锭24移出到外部的步骤。因此，进行一次提取时，由于需要凝固锭24，因此配合工艺条件使第一轴30低速下降，进行二次提取时，由于是提取已经凝固的锭24，因此高速下降可以使工艺速度更快。

下文，详细说明由具有上述结构的根据本发明的硅锭的提取装置提取硅锭的过程。

图8至图10是根据本发明的硅锭的提取装置提取锭的过程的操作状态示意图。

首先，参照图8，第一轴30在一次提取前上升至腔室20内部的高温区域。此时，为了防止所述第一轴30在高温下变形，向第一轴30提供冷却水。

然后，所述第一轴30沿着所述第一螺杆32下降。所述第一轴30优选以0.5至10.0mm/min的下降速度移动。此时，所述轴支架31可以使第一轴30沿着所述轴导件34下降，当所述第一轴30的下降完成时，则在硅锭24凝固的同时结束一次提取。

所述锭24的一次提取结束后，如图9所示，支撑所述一次提取装置的移动板36沿着移动导件38向侧面以水平方向移动。这样，所述一次提取装置移动后，在移动前所述一次提取装置所在的部分形成一定的空间，真空波纹管28被移除。

从而，二次提取装置在该空间内提取锭24。即，参照图10，所述支撑板44通过旋转的第二螺杆42沿着第二轴40下降，同时将锭24移出到外部。所述第二轴40优选以100至500mm/min的下降速度移动。此时，所述锭24可以在通过挤压垫26由支撑板44支撑的状态下下降的同时被移出到外部。这样，完成锭24的二次提取。

本发明的权利范围不受限于上述实施例，而是由权利要求书的范围定义，本领域的技术人员应当理解，在权利要求书的范围内可以对本发明进行各种变型及改编。

Claims (11)

1.一种硅锭的提取装置，其特征在于，包括：

腔室，流入到冷坩埚内的硅原料在所述腔室中被融化；

一次提取装置，所述一次提取装置设置成相对于所述腔室在垂直方向上可以移动，并且所述一次提取装置凝固被融化的所述硅原料且提取硅锭；

移动装置，所述移动装置在水平方向上移动所述一次提取装置；以及

二次提取装置，所述二次提取装置设置在所述腔室的下方使得所述二次提取装置在垂直方向上可以移动，并在所述一次提取装置横向移开形成的空间中提取所述硅锭，

其中，所述一次提取装置包括：

第一轴，所述第一轴相对于所述腔室在垂直方向上可以移动；

第一螺杆，所述第一螺杆连接成使所述第一轴可以移动；以及

轴导件，所述轴导件用于引导所述第一轴的移动，

其中，在所述第一轴的顶部可拆装地结合用于支撑所述硅锭的底部的挤压垫，

其中，所述二次提取装置包括：

第二轴，所述第二轴以垂直方向设置在所述腔室的下方，并且安装成位于所述第一轴的***；

支撑板，所述支撑板的升降由所述第二轴引导，并且所述支撑板用于支撑所述挤压垫；以及

第二螺杆，所述第二螺杆被连接成能使所述支撑板升降，且使所述支撑板沿着所述第二轴升降。

2.如权利要求1所述的硅锭的提取装置，其特征在于，所述第一轴固定在轴支架上，所述轴支架设置成可以在所述第一螺杆及轴导件上移动。

3.如权利要求1所述的硅锭的提取装置，其特征在于，所述移动装置包括：

移动板，所述移动板支撑所述一次提取装置；以及

移动导件，所述移动导件设置成使所述移动板在水平方向上可以移动。

4.如权利要求1所述的硅锭的提取装置，其特征在于，在所述第一轴位于所述腔室的状态下，向所述第一轴提供冷却水。

5.如权利要求1所述的硅锭的提取装置，其特征在于，所述一次提取装置以低速提取硅锭，所述二次提取装置以高速提取硅锭。

6.如权利要求5所述的硅锭的提取装置，其特征在于，所述一次提取装置以0.5至10.0mm/min的速度提取硅锭，所述二次提取装置以100至500mm/min的速度提取硅锭。

7.如权利要求1所述的硅锭的提取装置，其特征在于，所述一次提取装置的顶部具有用于与所述二次提取装置间的密封的真空波纹管。

8.一种使用根据权利要求1所述的提取装置提取硅锭的提取方法，其特征在于，包括下列步骤：

使硅原料流入位于腔室内部的冷坩埚内并融化所述硅原料；

设置在所述腔室的下方的一次提取装置在使所述腔室中形成的硅融液下降的同时凝固所述硅融液，对硅锭进行一次提取；

在水平方向上移动所述一次提取装置；以及

使用二次提取装置在所述一次提取装置横向移开形成的空间中在使凝固的所述硅锭下降的同时，对硅锭进行二次提取。

9.如权利要求8所述的提取硅锭的提取方法，其特征在于，在对硅锭进行所述一次提取的步骤之前，还包括，

向所述一次提取装置提供冷却水。

10.如权利要求8所述的提取硅锭的提取方法，其特征在于，所述进行一次提取的步骤以低速提取硅锭，所述进行二次提取的步骤以高速提取硅锭。

11.如权利要求10所述的提取硅锭的提取方法，其特征在于，所述进行一次提取的步骤以0.5至10.0mm/min的速度进行，所述进行二次提取的步骤以100至500mm/min的速度进行。