專利名稱:一種多晶硅生產(chǎn)中使用的硅芯及其硅芯組件的制作方法
【專利摘要】一種多晶硅生產(chǎn)中使用的硅芯及其硅芯組件，涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，本實(shí)用新型所述的硅芯由若干相互并列排置的豎硅條組合而成，各豎硅條之間留有間隙，便于還原爐中的反應(yīng)氣體從硅條之間穿過。組合后的硅芯橫截面不同于傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)的硅芯，可以用較少的硅材獲得較大的結(jié)晶表面積，從而加快多晶硅的形成。其優(yōu)點(diǎn)在于：1、硅條的拉制及組合簡(jiǎn)單、操作方便。2、生產(chǎn)效率高，后期使用成本低。
【專利說明】
一種多晶硅生產(chǎn)中使用的硅芯及其硅芯組件
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本實(shí)用新型涉及多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域，具體說涉及一種多晶硅生產(chǎn)過程中使用的硅芯及其硅芯組件。
[0003]【【背景技術(shù)】】
[0004]隨著光伏(PV)行業(yè)的發(fā)展，多晶硅的使用量在逐漸增大。生產(chǎn)多晶硅時(shí)，多數(shù)是利用還原爐進(jìn)行多晶硅的還原生產(chǎn)，即通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法在硅芯的表面沉積多晶硅。在現(xiàn)有技術(shù)中，首先將三根實(shí)心圓硅芯或方硅芯搭接成“Π”字形結(jié)構(gòu)，然后在還原爐內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)。所述還原反應(yīng)是在一個(gè)密閉的還原爐中進(jìn)行的。先在還原爐內(nèi)用硅芯搭接成若干“Π”字形結(jié)構(gòu)的閉合回路，即進(jìn)行“搭橋”。每個(gè)閉合回路都由兩根豎硅芯和一根橫硅芯組成。將閉合回路的兩個(gè)豎硅芯分別接在爐底的兩個(gè)電極上，兩個(gè)電極分別連接直流電源的正負(fù)極。
[0005]為了便于描述，在本實(shí)用新型中將這種按照“Π”字形結(jié)構(gòu)搭接好的硅芯組合體稱作“硅芯組件”。
[0006]將一個(gè)或多個(gè)硅芯組件放置在還原爐內(nèi)，利用直流電對(duì)硅芯進(jìn)行加熱，加熱中每一組搭接好的硅芯組件即相當(dāng)于一個(gè)大電阻。繼而向密閉的還原爐內(nèi)通入氫氣和三氯氫硅，開始進(jìn)行多晶硅的沉積。在還原爐內(nèi)多晶硅會(huì)逐漸沉積在硅芯的表面形成多晶硅棒。多晶硅棒經(jīng)過破碎后再利用直拉爐拉制成單晶硅棒。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)在搭接硅芯組件時(shí)，通常使用的硅芯為直徑8mm左右的實(shí)心圓硅芯或用娃錠經(jīng)線切割形成的10 X 10 mm的方娃芯。在還原反應(yīng)過程中，生成的娃不斷沉積在娃芯表面，硅芯的表面積會(huì)越來越大，反應(yīng)氣體分子對(duì)沉積面(硅芯表面)的碰撞機(jī)會(huì)和數(shù)量也會(huì)隨之增加。當(dāng)單位面積的沉積速率不變時(shí)，表面積愈大則沉積的多晶硅量也愈多。因此在搭接硅芯組件時(shí)，所使用硅芯的直徑越大，多晶硅的生長(zhǎng)效率也越高。相對(duì)而言，使用大硅芯不僅可以提高多晶硅還原時(shí)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)成本。
[0008]為此，本
【申請(qǐng)人】也曾試圖采用大直徑的實(shí)心硅芯。大直徑的實(shí)心硅芯固然可以提高還原過程的生產(chǎn)率，但大直徑硅芯的拉制卻也存在生產(chǎn)效率低下的問題。硅芯的直徑越大，其拉制也越發(fā)困難，并且在爐內(nèi)一次拉制的根數(shù)也受到限制。此外，采用大直徑的實(shí)心硅芯還存在不便運(yùn)輸、搭接后擊穿難度大等問題。
[0009]為了提高多晶硅的生產(chǎn)效率，美國(guó)GT太陽能公司在其專利號(hào)為200780015406.5、名稱為“在化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器中提高的多晶硅沉積”的專利文獻(xiàn)中公開了一種橫截面為圓形的空心硅芯，用直徑為50毫米的管狀硅絲替代傳統(tǒng)的細(xì)棒，從而提高產(chǎn)量。該文件的全部?jī)?nèi)容在本專利中被用作參考。
[0010]采用上述專利的這種空心硅芯雖然可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的部分問題，但由于空心娃芯的拉制存在困難，故目前尚未見大規(guī)模實(shí)施。
[0011 ]針對(duì)上述問題，本
【申請(qǐng)人】于2016年I月6日曾提交一份在先專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?01610002833.0。該申請(qǐng)公開了一種利用板狀或圓柱狀硅條組成空心硅芯及其組合件的技術(shù)方案，本實(shí)用新型是對(duì)該在先申請(qǐng)的補(bǔ)充。
[0012]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0013]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供了一種多晶硅生產(chǎn)過程中使用的硅芯及其硅芯組件。
[0014]本實(shí)用新型的硅芯由若干相互并列排置的豎硅條組合而成，各豎硅條之間留有間隙，便于還原爐中的反應(yīng)氣體從硅條之間穿過。組合后的硅芯橫截面既不同于傳統(tǒng)的實(shí)心結(jié)構(gòu)的硅芯，也不同于美國(guó)GT太陽能公司的200780015406.5號(hào)專利以及本
【申請(qǐng)人】于2016年I月6日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?01610002833.0的專利申請(qǐng)所公開的空心結(jié)構(gòu)硅芯，在此稱之為“半空心結(jié)構(gòu)”的柱形硅芯。
[0015]本實(shí)用新型使用的豎硅條可以是平板硅條，也可以是具有異形橫截面的硅條，例如“L”硅條或圓弧形硅條，還可以是圓柱形硅條。
[0016]將豎硅條間隔一定的距離并列排置，使反應(yīng)氣體可以進(jìn)入硅芯內(nèi)部，該間隙在結(jié)晶過程中可以逐漸縮小并最終被彌合。
[0017]所述半空心結(jié)構(gòu)的柱形硅芯，其柱形的橫截面形狀可以是圓形或多邊形。
[0018]本實(shí)用新型還提供了一種多晶硅生產(chǎn)中使用的硅芯組件，該硅芯組件由上述半空心結(jié)構(gòu)的柱形硅芯及上鎖緊機(jī)構(gòu)和下鎖緊機(jī)構(gòu)組成。所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)由一固定座構(gòu)成，固定座的上表面開設(shè)若干與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或卡槽，兩者采用過盈配合，將豎娃條的下端固定在固定座上，借助于固定座將電極與娃芯相連接。
[0019]為了使固定座能重復(fù)利用，可以在固定座的外側(cè)套接一個(gè)護(hù)套，在護(hù)套的上表面設(shè)置與固定座上孔或卡槽位置及形狀相匹配的硅條穿孔，護(hù)套被緊固在固定座上。
[0020]所述的上鎖緊機(jī)構(gòu)為設(shè)置在豎硅條上端的一塊橫硅板，在橫硅板的下表面設(shè)置形狀與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或卡槽，兩者采用過盈配合，橫硅板將兩組半空心硅芯連接并固定。
[0021]采用本實(shí)用新型的半空心硅芯及其組件，可以用較少的硅材獲得較大的結(jié)晶表面積，從而加快多晶硅的形成。
[0022]【【附圖說明】
】
[0023]圖1是本實(shí)用新型硅芯組件一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型中由平板硅條組成的橫截面形狀為方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型中由平板硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型中由“L”硅條組成的橫截面形狀為長(zhǎng)方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型中由圓弧形硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0028]圖6是本實(shí)用新型中由圓弧形硅條組成的橫截面形狀為方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0029]圖7是本實(shí)用新型中由圓柱形硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0030]圖8是本實(shí)用新型中由圓柱形硅條組成的橫截面形狀為方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0031]圖9是本實(shí)用新型中護(hù)套的軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖10是本實(shí)用新型中上鎖緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]附圖中的標(biāo)號(hào)與零部件名稱的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:1、橫硅板;2、平板硅條;3、固定座;4、“L”娃條;5、圓弧形娃條;6、圓柱形娃條;7、娃條穿孔;8、護(hù)套;9、娃條卡槽。
[0034]【【具體實(shí)施方式】】
[0035]以下結(jié)合說明書附圖通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0036]圖1是本實(shí)用新型硅芯組件的一個(gè)實(shí)施例，它表示了硅芯組件的整體結(jié)構(gòu)。圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。該硅芯組件包括橫硅板1、平板硅條2和固定座3。平板硅條2并列排置構(gòu)成橫截面形狀為正方形的空心硅芯。平板硅條2之間留有間隙，使反應(yīng)氣體可以進(jìn)入硅芯內(nèi)部，該間隙在結(jié)晶過程中可以逐漸縮小并最終可以被彌合。
[0037]圖3是本實(shí)用新型中由平板硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0038]圖4是本實(shí)用新型中由“L”形硅條組成的橫截面形狀為長(zhǎng)方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0039]圖5是本實(shí)用新中由圓弧形硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0040]圖6是本實(shí)用新型中由圓弧形硅條組成的橫截面形狀為方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0041]圖7是本實(shí)用新型中由圓柱形硅條組成的橫截面形狀為圓形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖；
[0042]圖8是本實(shí)用新型中由圓柱形硅條組成的橫截面形狀為方形的半空心柱形硅芯的橫截面示意圖。
[0043]圖3-8所示的實(shí)施例與圖1-2所示的實(shí)施例基本相同，其區(qū)別僅在于所使用的豎硅條橫截面形狀有所不同。該豎硅條除了平板形硅條之外還可以是圓弧形的、“L”形的以及圓柱形的；由豎硅條所組合成的半空心柱形硅芯的橫截面形狀除了正方形的之外還可以是圓形的以及其它多邊形的。
[0044]通過上、下鎖緊機(jī)構(gòu)可以將兩個(gè)半空心柱形硅芯連接在一起。在固定座3的上表面開設(shè)與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或卡槽，兩者采用過盈配合，借此將豎硅條的下端固定在固定座3上。如圖1所示。
[0045]上鎖緊機(jī)構(gòu)可以是設(shè)置在豎硅條上端的一塊橫硅板1，在橫硅板I的下表面設(shè)置形狀與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或硅條卡槽9，兩者采用過盈配合，橫硅板I將兩組半空心的柱形硅芯連接并固定。如圖1及圖10所示。
[0046]為了使固定座能重復(fù)利用，可以在固定座的外側(cè)套接一個(gè)護(hù)套8，在護(hù)套8的上表面設(shè)置與固定座上孔或卡槽位置及形狀相匹配的硅條穿孔7，護(hù)套被緊固在固定座上。如圖9所示。
[0047]以上只是借助于幾個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明。很顯然，根據(jù)這些實(shí)施例還可以做出各種變形，例如:“L”形豎硅條其兩邊的夾角可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整；除了“L”形截面及圓弧形截面的豎硅條之外，還可以采用或其他形狀的豎硅條。其組合出的半空心硅芯的橫截面除了多邊形和圓形之外還可以根據(jù)情況采用其它形狀。這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的，在此不再贅述。
[0048]對(duì)于橫截面積一定的硅芯而言，采用本實(shí)用新型這種組合式半空心硅芯可以獲得更大的表面積。在還原爐中硅芯與反應(yīng)氣體的接觸機(jī)會(huì)就加大，反應(yīng)氣體分子對(duì)沉積面(硅芯表面)的碰撞機(jī)會(huì)和數(shù)量也會(huì)隨之增加。硅芯的表面積愈大則沉積的多晶硅量也愈多，多晶娃的生長(zhǎng)效率也隨之提尚。
[0049]其優(yōu)點(diǎn)在于:
[0050]1、硅條的拉制及組合簡(jiǎn)單、操作方便。
[0051]2、生產(chǎn)效率高，后期使用成本低。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多晶娃生產(chǎn)中使用的娃芯，其特征在于:該娃芯由多根豎娃條拼合而成，各豎娃條相互并列并留有間隙，拼合后的硅芯為半空心的柱形硅芯。2.如權(quán)利要求1所述的硅芯，其特征在于:所述豎硅條為平板硅條(2)。3.如權(quán)利要求1所述的硅芯，其特征在于:所述豎硅條的橫截面為“L”型硅條(4)。4.如權(quán)利要求1所述的硅芯，其特征在于:所述豎硅條的橫截面為圓弧形硅條(5)。5.如權(quán)利要求1所述的硅芯，其特征在于:所述豎硅條為圓柱形硅條(6)。6.如權(quán)利要求1所述的娃芯，其特征在于:拼合后半空心結(jié)構(gòu)娃芯的橫截面形狀為圓形。7.如權(quán)利要求1所述的硅芯，其特征在于:拼合后半空心結(jié)構(gòu)硅芯的橫截面形狀為多邊形。8.—種多晶硅生產(chǎn)中使用的硅芯組件，該硅芯組件由硅芯及上鎖緊機(jī)構(gòu)和下鎖緊機(jī)構(gòu)組成，其特征在于:所述的硅芯采用權(quán)利要求1所述的半空心結(jié)構(gòu)硅芯。9.如權(quán)利要求8所述的硅芯組件，其特征在于:所述的下鎖緊機(jī)構(gòu)由一固定座(3)構(gòu)成，固定座(3)的上表面開設(shè)與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或卡槽，兩者采用過盈配合，將豎娃條的下端固定在固定座(3)上。10.如權(quán)利要求8所述的硅芯組件，其特征在于:所述的上鎖緊機(jī)構(gòu)為設(shè)置在豎硅條上端的一塊橫硅板(1)，在橫硅板(I)的下表面設(shè)置形狀與豎硅條位置及形狀相匹配的孔或硅條卡槽(9)，兩者采用過盈配合，橫硅板(I)將兩組半空心的柱形硅芯連接并固定。
【文檔編號(hào)】C01B33/035GK205709889SQ201620111041
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年2月4日
【發(fā)明人】劉朝軒
【申請(qǐng)人】洛陽金諾機(jī)械工程有限公司