CN203007471U - 一种单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单晶炉，该单晶炉包括加热器、位于加热器底部的辅助电极和加热电极，所述辅助电极和加热电极均与加热器支腿和炉底板上方的散热电极固定连接，所述散热电极的固定部与所述炉底板固定连接，所述散热电极的连接部与所述辅助电极和加热电极连接，其中，所述辅助电极材料的导热系数小于石墨的导热系数。因为该单晶炉的辅助电极材料的导热系数小于石墨电极，辅助电极与散热电极不能通过热传导带走加热器产生的大量热量，减少了热量的流失，大大降低了拉晶功率，同时辅助电极还能起到支撑加热器的作用。

Description

一种单晶炉

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池技术领域，更具体地说，涉及一种单晶炉。

背景技术

单晶硅棒的生产方式为，将原料放入单晶炉的坩埚中，之后将原料加热融化，再将棒状籽晶浸入熔液中，在合适的温度下，熔液中的硅原子会在固液交界面上形成规则的结晶，成为单晶体。把籽晶微微旋转向上提升，熔液中的硅原子会在前面形成的单晶体上继续结晶，如此往复即可得到单晶硅棒。单晶炉在工作过程中热场内最高温度达1600℃，所以单晶炉设备各个部件（如：主炉体、副室、散热电极等）都需要通水冷却，用冷却水将散出的热量带走，保证热场外部温度较低。

目前使用的单晶炉的炉底装有4支石墨电极，每支石墨电极底部都接触有通有冷却水的散热电极，其中两支石墨电极为加热电极，另外两只石墨电极为辅助电极，在单晶炉工作时，两支加热电极通电，为单晶炉中的加热器输送电流，而两支辅助电极在单晶炉工作时并无电流通过，只是起到支撑加热器的作用，防止单晶炉在高温情况下产生的内应力损坏加热器，而缩短加热器的寿命。发明人发现，在单晶炉工作过程中，拉晶功率有待降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种单晶炉，改善单晶炉上的两支辅助电极材料，从而降低拉晶功率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种单晶炉，该单晶炉包括加热器、位于加热器底部的辅助电极和加热电极，所述辅助电极和加热电极均与加热器支腿和炉底板上方的散热电极固定连接，所述散热电极的固定部与所述炉底板固定连接，所述散热电极的连接部与所述辅助电极和加热电极连接，其中，所述辅助电极材料的导热系数小于石墨的导热系数。

其中，所述辅助电极的导热系数不大于0.8W/（m*k）。

优选的，所述辅助电极的材料为碳碳复合材料或石英材料。

优选的，所述辅助电极与加热器支腿，以及该辅助电极与所述散热电极的连接方式均为螺纹连接。

优选的，所述散热电极的固定部与所述辅助电极底面具有间隙。

优选的，所述辅助电极通过第一螺栓与所述加热器支腿连接，所述第一螺栓的螺杆底面和所述散热电极的连接部的底面均直接与所述辅助电极接触，且所述第一螺栓的螺杆底面和所述散热电极的连接部的底面完全被辅助电极材料隔离。

优选的，所述第一螺栓的螺杆底面和/或所述散热电极的连接部的底面为平面。

优选的，所述散热电极为中空的螺栓形铜电极，其内部通有冷却水。

优选的，所述加热电极为2个，所述辅助电极为2个。

与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：

本实用新型所提供的单晶炉，该单晶炉的辅助电极材料的导热系数小于石墨电极，辅助电极与散热电极不能通过热传导带走加热器产生的大量热量，减少了热量的流失，大大降低了拉晶功率，同时辅助电极还能起到支撑加热器的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单晶炉中加热器的剖面图；

图2为单晶炉中加热器的俯视图；

图3为现有的单晶炉中辅助电极的剖面图；

图4为现有的单晶炉中辅助电极与加热器支腿和散热电极的连接结构图；

图5为本实用新型实施例的单晶炉中辅助电极的剖面图；

图6为本实用新型实施例的单晶炉中辅助电极与加热器支腿和散热电极的连接结构图；

图7为本实用新型实施例的单晶炉中第一螺栓剖面图；

图8为本实用新型实施例的单晶炉中散热电极剖面图。

具体实施方式

正如背景技术所述，在单晶炉工作过程中，拉晶功率有待降低。发明人研究发现，造成这种缺陷的原因之一是通过辅助电极与散热电极带走的热量过多。由于辅助电极材料为石墨，而且石墨的导热系数高，并且辅助电极与通有冷却水的散热电极相连接，在单晶炉的加热器加热过程中，辅助电极与散热电极通过热传导带走加热器产生的大量热量，增加了拉晶功率。

如图1所示单晶炉中加热器剖面图，图2所示单晶炉中加热器的俯视图，加热器是单晶炉供热***中重要的组成部件，是直接的发热体，一般由纯石墨制成，在加热器底部包括四个电极支腿12。

如图3所示，为现有的单晶炉中辅助电极的剖面图，现有技术中的加热电极的结构与辅助电极的结构完全相同。以辅助电极为例，其内部包括膨胀孔31、该辅助电极材料和加热电极材料均为高纯石墨（导热系数为104W/m*K，具有良好的导热性），其中加热电极有两个作用，一是为加热器输送电流，二是支撑加热器；而辅助电极只是起到支撑加热器的作用。

膨胀孔31内部相通，其作用为释放空气受热膨胀时的作用力，例如，在辅助电极与散热电极固定连接时，在辅助电极内部会留有部分空气，当单晶炉工作时，辅助电极所处环境温度高，内部空气会受热膨胀，容易对本身产生损伤，缩短使用寿命。膨胀孔31与外界相通，气体受热膨胀后可以通过膨胀孔31释放受热空气，减小作用力，进而保护辅助电极不受损伤。但是，发明人研究发现，在实际单晶炉工作中，辅助电极使用一段时间后，杂质会将膨胀孔31横向部分堵死，不能起到原有的作用，同时由于膨胀孔31的存在，使辅助电极的制造流程复杂，制作成本高。

如图4所示，为现有的单晶炉中辅助电极与加热器支腿和散热电极的连接结构图。其中，辅助电极41通过电极螺栓45与加热器支腿42固定连接，散热电极43的连接部431与辅助电极41固定连接，散热电极43的固定部432与炉底板44固定连接。由于辅助电极41材料为石墨，其导热系数高，在单晶炉的加热器加热过程中，辅助电极41与散热电极43通过热传导带走加热器产生的大量热量，增加了拉晶功率。

基于此，本实用新型提供了一种单晶炉，以克服现有技术存在的上述问题，该单晶炉包括加热器、位于加热器底部的辅助电极和加热电极，所述辅助电极和加热电极均与加热器支腿和炉底板上方的散热电极固定连接，所述散热电极的固定部与所述炉底板固定连接，所述散热电极的连接部与所述辅助电极连接，其中，所述辅助电极材料的导热系数小于石墨的导热系数。

本实用新型提供的单晶炉，辅助电极材料的导热系数低于石墨电极，既起到支撑加热器的作用，同时能保温隔热，减少热量流失，大大降低了拉晶功率。

以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本实用新型结合示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

本实用新型实施例提供了一种单晶炉，该单晶炉包括加热器、位于加热器底部的辅助电极和加热电极，所述辅助电极和加热电极均与加热器支腿和炉底板上方的散热电极固定连接，所述散热电极的固定部与所述炉底板固定连接，所述散热电极的连接部与所述辅助电极和加热电极连接，其中，所述辅助电极材料的导热系数小于石墨的导热系数。

本实施例中加热电极与现有技术中加热电极完全相同，如图3即为本实施中加热电极的结构，以及图4为本实施例中加热电极与加热器支腿和散热电极的固定连接。

本实施例优选所述加热电极为2个，所述辅助电极为2个。

具体的，如图5所示为本实用新型实施例的单晶炉中辅助电极的剖面图，该辅助电极材料的导热系数低于石墨，导热系数为0.1W/（m*k）-0.8W/（m*k），包括端点值，该辅助电极包括第一接口51和第二接口52，分别作为该辅助电极与加热器支腿和散热电极的固定连接的接口，第一接口51的底面和第二接口52的底面均为平面，且完全被该辅助电极材料隔离。

本实施例优选的辅助电极材料为碳碳复合材料或石英材料。其中，碳碳复合材料作为光伏领域的一种新兴材料，是以碳（或石墨）纤维及其织物为增强材料，以碳（或石墨）为基体（碳碳复合材料的碳基体可以从很多碳源采用不同的方法获得，典型的基体有树脂碳和热解碳），通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。它在高温热处理之后的化学成分，碳元素高于99%，其密度低，具有极强亲和力，由于碳元素熔点高，所以该材料具有耐高温（最高理论温度达2600℃，能有效的支撑加热器，保证其使用寿命长），抗腐蚀和热冲击性能好的特性。

碳碳复合材料胚体所用的碳纤维、碳纤维织物或碳毡等的选择是根据复合材料所构成的使用要求确定的，同时要考虑到胚体与基体碳的界面配合。由于胚体的方向不同（胚体可分为单向、二向或三向，甚至可以是多向，大多采用编制方法制备），所以制作的碳碳复合材料的导热系数差距很大。它的导热系数高可达31W/（m*k），低可达到0.3W/（m*k）。相比石墨材料，碳碳复合材料的导热系数比石墨材料约低346倍，作为本实施例的辅助电极材料使用时，大大减少通过辅助电极带走的热量。

如图6所示为本实用新型实施例的单晶炉中辅助电极与加热器支腿和散热电极的连接结构图。其中，辅助电极61与加热器支腿63，以及该辅助电极61与所述散热电极63的连接方式均为螺纹连接。

图中辅助电极61通过第一螺栓62与加热器支腿63连接，第一螺栓62的螺杆底面和散热电极64的连接部641底面均直接与辅助电极61接触，且第一螺栓62的螺杆底面和散热电极64的连接部641的底面完全被辅助电极61材料隔离。其中，本实施例优选的散热电极64为中空的螺栓型铜电极，其内部通有冷却水。

如图7、图8所示，第一螺栓的螺杆底面71和/或所述散热电极的连接部的底面81为平面。

与现有的单晶炉相比，本实施例所提供的单晶炉的辅助电极材料导热系数低于石墨电极，从而辅助电极与散热电极不能通过热传导带走加热器产生的大量热量，减少了热量的流失，降低了拉晶功率2Kw-3Kw，同时辅助电极还能起到支撑加热器的作用，相对于现有技术，延长了加热器的使用寿命。

并且，散热电极的固定部与该辅助电极底面具有间隙，节省了原材料，降低了成本，同时减小了辅助电极与散热电极的接触面积，进一步减小了加热器产生的热量的流失，降低了拉晶功率3Kw-4Kw。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种单晶炉，其特征在于，该单晶炉包括加热器、位于加热器底部的辅助电极和加热电极，所述辅助电极和加热电极均与加热器支腿和炉底板上方的散热电极固定连接，所述散热电极的固定部与所述炉底板固定连接，所述散热电极的连接部与所述辅助电极和加热电极连接，其中，所述辅助电极材料的导热系数小于石墨的导热系数。

2.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述辅助电极的导热系数不大于0.8W/（m*k）。

3.根据权利要求2所述的单晶炉，其特征在于，所述辅助电极的材料为碳碳复合材料或石英材料。

4.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述辅助电极与加热器支腿，以及该辅助电极与所述散热电极的连接方式均为螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述散热电极的固定部与所述辅助电极底面具有间隙。

6.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述辅助电极通过第一螺栓与所述加热器支腿连接，所述第一螺栓的螺杆底面和所述散热电极的连接部的底面均直接与所述辅助电极接触，且所述第一螺栓的螺杆底面和所述散热电极的连接部的底面完全被辅助电极材料隔离。

7.根据权利要求6所述的单晶炉，其特征在于，所述第一螺栓的螺杆底面和/或所述散热电极的连接部的底面为平面。

8.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述散热电极为中空的螺栓形铜电极，其内部通有冷却水。

9.根据权利要求1所述的单晶炉，其特征在于，所述加热电极为2个，所述辅助电极为2个。

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