專利名稱：用于拉制單晶硅的低能耗熱場的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能行業(yè)或半導體行業(yè)的硅單晶制造領域，尤其涉及一種用于拉制單晶硅的低能耗熱場。
背景技術：
目前太陽能晶體硅的制造普遍采用兩種方法1)直拉單晶法又稱為切克勞斯基法(Czochralski)和2)多晶鑄錠法。其中直拉單晶由于消除了晶界和晶界雜質對太陽能電池能量轉換效率的負面影響。因而用單晶制作的太陽能電池的能量轉換效率比多晶太陽能電池高2%以上。直拉單晶法的特點是在一個直筒型的熱系統(tǒng)中用石墨電阻加熱，將裝在高純石英坩堝中的多晶硅原料熔化，然后將籽晶插入熔體表面進行熔接，同時轉動籽晶并反向轉動坩堝，籽晶緩慢向上提升，經(jīng)過引晶，放肩，轉肩，等徑生長，收尾等過程，一根單晶硅晶體就拉制出來了。拉制單晶是一個費時，耗能的過程.目前單晶硅的制造費用占整個太陽能電池制造成本的40-50%。單晶爐的熱場通常包括加熱器，側保溫筒，下保溫筒，熱屏(導流筒)，保溫蓋，石英坩堝，坩堝托碗，托桿，電極等組成。加熱器是熱場中重要的部件之一，它是由熱等靜壓成型法生產(chǎn)的高純石墨制成， 形狀為倆半圓筒，縱向開縫分瓣，形成串聯(lián)電阻，兩組并聯(lián)后形成串并聯(lián)回路。石墨托碗用來支承石英坩堝，分兩瓣或三瓣堝，托桿和托座共同組成了托碗的支撐體。上，下保溫筒通常用軟碳氈包裹而成。此種方法絕熱效果一般，常常損耗熱能。目前國內普遍使用的熱場以20英寸和22英寸的熱場為主。以22英寸的熱場拉制6. 5英寸晶體為例，目前國內拉晶的平均等徑功率通常在50-70kW之間，耗能、耗時、成本
尚ο

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是針對目前單晶制造耗能、耗時、成本高的技術問題，本實用新型提供一種用于拉制單晶硅的低能耗熱場。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種用于拉制單晶硅的低能耗熱場，包括設置在爐體內壁處的保溫筒，加熱器、石英坩堝、托碗、托座和托桿，加熱器設置在保溫筒的內圈，石英坩堝設置在加熱器的內腔，石英坩堝的外部包覆有托碗，所述的托座安裝在托碗的底部并由托桿支撐，在石英坩堝的上部設置有熱屏，所述的熱屏分為內熱屏和外熱屏，內熱屏與外熱屏之間具有厚度為35 80mm的絕熱層。為了進一步提高保溫效果，阻斷熱量向爐腔上部傳遞，所述熱屏上部增設了保溫層。為了提高拉晶速度，所述內熱屏呈倒梯形結構。為了進一步增強絕熱效果，所述的絕熱層為碳纖維增強的碳-碳復合材料的絕熱
3層。本實用新型的有益效果是，本實用新型的用于拉制單晶硅的低能耗熱場通過在內、外熱屏之間增設絕熱層，有效的阻止了熱量從熱屏向上爐腔和晶體的傳遞，顯著降低了拉晶能耗，本實用新型還能提高拉晶速度，提高成品質量，延長熱場零部件使用壽命，降低成本。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型用于拉制單晶硅的低能耗熱場最優(yōu)實施例的結構示意圖。圖中1、保溫筒，2、石英坩堝，3、托碗，4、托座，5、托桿，6-1、內熱屏，6-2、外熱屏， 7、絕熱層，8、保溫層。
具體實施方式
現(xiàn)在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖， 僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。如圖1所示，是本實用新型用于拉制單晶硅的低能耗熱場最優(yōu)實施例，包括設置在爐體內壁處的保溫筒1，加熱器、石英坩堝2、托碗3、托座4和托桿5，加熱器設置在保溫筒1的內圈，石英坩堝2設置在加熱器的內腔，石英坩堝2的外部包覆有托碗3，托座4安裝在托碗3的底部并由托桿5支撐，在石英坩堝2的上部設置有熱屏，熱屏分為內熱屏6-1和外熱屏6-2，內熱屏6-1呈倒梯形，內熱屏6-1與外熱屏6-2之間具有厚度為35 80mm的絕熱層7，具體地，絕熱層7的厚度可優(yōu)選35mm、60mm或80mm。絕熱層7采用了碳纖維增強的碳-碳復合材料(CFC)，熱屏上部還增設了 80mm厚的固化碳氈保溫層8。對整個熱系統(tǒng)的保溫，采用了固化碳氈和軟碳氈的有效組合，從而既有效的保證了保溫效果，又不至于顯著的增加熱場成本。本實用新型熱系統(tǒng)的拉晶試驗結果如下對22英寸熱場拉制6. 5英寸晶體，實際的平均等徑功率在38-40KW之間，超低能耗。 合理的熱場設計帶來的另一個好處是，固液界面溫度的提高，從而可實現(xiàn)高拉速下的拉晶。本熱場設計能實現(xiàn)1.2mm/min以上的平均等徑拉速(現(xiàn)有正常水平在 0. 8-1. Omm/min)，提高拉速，從而縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。由于拉晶功率的降低，使得石英坩堝和熔體界面的溫度分布更趨于合理，這有助于抑制熔體對流和氧在熔體中的傳輸，從而降低晶體的氧，碳含量，提高晶體品質和成晶率。此外，一些關鍵零件采用了新型的固化碳氈和碳纖維增強的碳-碳復合材料(CFC)，與常用的軟碳氈相比，該新型材料的揮發(fā)物質顯著降低，有利于減少絕熱材料對熔體的污染， 提高晶體品質。以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
權利要求1.一種用于拉制單晶硅的低能耗熱場，包括設置在爐體內壁處的保溫筒(1)，加熱器、 石英坩堝O)、托碗(3)、托座(4)和托桿(5)，加熱器設置在保溫筒(1)的內圈，石英坩堝 (2)設置在加熱器的內腔，石英坩堝O)的外部包覆有托碗(3)，所述的托座(4)安裝在托碗(3)的底部并由托桿(5)支撐，其特征在于在石英坩堝O)的上部設置有熱屏，所述的熱屏分為內熱屏(6-1)和外熱屏(6-2)，內熱屏(6-1)與外熱屏(6-2)之間具有厚度為35 80mm的絕熱層(7)。
2.如權利要求1所述的用于拉制單晶硅的低能耗熱場，其特征在于所述熱屏上部增設了保溫層(8)。
3.如權利要求1所述的用于拉制單晶硅的低能耗熱場，其特征在于所述內熱屏(6-1) 呈倒梯形結構。
4.如權利要求1所述的用于拉制單晶硅的低能耗熱場，其特征在于所述的絕熱層(7) 為碳纖維增強的碳-碳復合材料的絕熱層(7)。
專利摘要本實用新型涉及太陽能行業(yè)或半導體行業(yè)的硅單晶制造領域，尤其涉及一種用于拉制單晶硅的低能耗熱場，包括設置在爐體內壁處的保溫筒，加熱器、石英坩堝、托碗、托座和托桿，加熱器設置在保溫筒的內圈，石英坩堝設置在加熱器的內腔，石英坩堝的外部包覆有托碗，托座安裝在托碗的底部并由托桿支撐，在石英坩堝的上部設置有熱屏，熱屏分為內熱屏和外熱屏，內熱屏與外熱屏之間具有厚度為35～80mm的絕熱層。本實用新型的用于拉制單晶硅的低能耗熱場通過在內、外熱屏之間增設絕熱層，有效的阻止了熱量從熱屏向上爐腔和晶體的傳遞，顯著降低了拉晶能耗，本實用新型還能提高拉晶速度，提高成品質量，延長熱場零部件使用壽命，降低成本。
文檔編號C30B15/00GK202297853SQ20112044240
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權日2011年11月10日
發(fā)明者王煜輝 申請人:常州華盛恒能光電有限公司