一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置的制作方法

一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置
1.技术领域
2.本发明涉及人工晶体制备领域，尤其涉及一种同时拉制多根硅芯的冷却装置，具体涉及一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置。


背景技术：

3.已知的，随着信息技术和光伏产业的飞速发展及相关政策的利好，全球对多/单晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。受此影响，作为太阳能电池主要原料的多/单晶硅价格快速上涨，国内很多企业均在扩产。
4.多/单晶硅在整个生产过程中，硅芯的使用量非常大，现有的硅芯大多是通过区熔的方式制备获得的（主要通过高频线圈、籽晶夹头来完成拉制过程），其工作原理如下：工作时通过给高频线圈通入高频电流，高频感应加热，使高频线圈产生电流对原料棒产生磁力线，加热后的原料棒上端头形成融化区，然后将籽晶插入融化区，当籽晶的端头与原料棒的融区融为一体后，慢慢提升籽晶，融化后的原料融液就会跟随籽晶上升，形成一个新的柱形晶体，这个新的柱形晶体便是硅芯的制成品。
5.在实际生产过程中，发现硅芯制备过程中出现的余料，不小心折断的硅芯，多/单晶硅生产企业在还原、切割、磨抛等工艺阶段产生的碎料等处理非常繁琐，很多企业为了图省事，直接将上述碎料丢弃或者长期堆放在仓库中，还有一些企业将上述碎料进行回收，通过直拉炉拉制成硅棒，然后使用硅棒再拉制成硅芯，这样不仅增加了硅芯拉制的成本，还造成了较大的资源浪费等，那么如何将碎硅料进行再利用就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
6.发明人通过检索发现，中国发明专利，专利号为200910064106.7，申请日为2009年1月20日，专利名称为一种晶体碎料拉制硅芯及实施该方法的一种装置，该专利中给出了一种使用晶体碎料拉制硅芯的装置及方法，该专利虽说可以利用碎硅料拉制硅芯，但拉制出硅芯的椭圆度稍大，即良率稍低等。


技术实现要素：

7.为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，本发明通过冷却介质对冷却块底面以上的空间形成低温区，即形成下高上低的温度梯度，降低冷却块底面熔融硅液的温度，增加硅液的粘稠度，利于硅液跟随籽晶结晶等，进而实现多根硅芯的同时拉制。
8.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，包括冷却介质出管、冷却介质入管和冷却块，所述冷却介质出管和冷却介质入管至少设置一组，在每组冷却介质出管与冷却介质入管的下端头分别连接冷却块，所述冷却块的上面设有贯通至冷却块下面的拉
制孔，在拉制孔外围的冷却块上设有密闭的介质通道，所述介质通道的进口和出口分别连接冷却介质入管和冷却介质出管形成所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置。
9.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述冷却块设置为多个时，多个冷却块呈圆形设置。
10.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述冷却块的上方设有定位环，所述定位环上设有复数组管道穿孔和复数个导向孔，每组管道穿孔分别套接在对应的冷却介质出管和冷却介质入管的外缘面上，每个导向孔分别对应冷却块上的拉制孔，所述导向孔与拉制孔同心设置。
11.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述每个拉制孔下部的内缘面上设有至少一个吹气口，所述吹气口外接气源。
12.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述吹气口设置为一个时，吹气口连接设置在冷却块下部的气体通道，气体通道通过设置在冷却块外侧壁上的吹气管连通气源。
13.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述吹气口设置为多个时，在冷却块下部拉制孔的外围设置气道，所述气道的内缘面设有复数个贯通至拉制孔的吹气口，气道的外缘面连通设置在冷却块下部的气体通道，气体通道通过设置在冷却块外侧壁上的吹气管连通气源。
14.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述吹气管设置在冷却介质出管或冷却介质入管的内缘面，吹气管的外端头连通气源，吹气管的下端头依次穿过冷却块上吹气管穿孔及介质通道后连通气道，所述气道的内缘面上设有至少一个贯通至拉制孔的吹气口。
15.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述吹气管的外端头连接调压阀，所述调压阀通过管道连接气源。
16.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述吹气管的外端头分别连接固定环上的进气口，所述进气口连接调压阀，所述调压阀通过管道连接气源。
17.所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，所述冷却介质出管和冷却介质入管的外端头分别固连在固定环上的冷却介质出口与冷却介质入口，所述冷却介质出口与冷却介质入口外接气源。
18.由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明通过冷却介质出管和冷却介质入管与冷却块连接形成一个冷却介质通路，通过冷却介质对冷却块底面以上的空间形成低温区，即形成下高上低的温度梯度，同时还可以实现降低冷却块底面熔融硅液的温度，增加硅液的粘稠度，利于硅液跟随籽晶结晶，最主要的是还可以对硅芯进行冷却，进而提高硅芯的拉制速度，进一步，通过设置多个冷却块，在每个冷却块上分别设置拉制孔，可以实现多根硅芯的同时拉制等，本发明用于碎硅料同时拉制多根硅芯的装置时，有效的避免了碎硅料的资源浪费等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
19.图1是本发明的立体结构示意图；图2是图1的主视结构示意图；图3是本发明中冷却块的剖视结构示意图；图4是本发明实施例中设置进气管的立体结构示意图；图5是图4主视图的剖视结构示意图；图6是图4的局部剖视结构示意图；图7是图5中b
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b剖视结构示意图；在图中：1、冷却介质出管；2、冷却介质入管；3、固定环；4、定位环；5、导向孔；6、拉制孔；7、冷却块；8、冷却介质出口；9、冷却介质入口；10、燕尾槽；11、介质通道；12、吹气管；13、吹气口；14、气道；15、吹气管穿孔；16、气体通道。
具体实施方式
20.通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的发明目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.结合附图1～7所述的一种用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置，包括冷却介质出管1、冷却介质入管2和冷却块7，在所述固定环3的外缘面上间隔设有至少一组冷却介质出口8和冷却介质入口9，每个冷却介质出口8和冷却介质入口9分别连接冷却介质出管1和冷却介质入管2，冷却介质出口8和冷却介质入口9的外端分别连接气源，冷却介质出管1与冷却介质入管2的下端头分别连接冷却块7，所述冷却块7的上面设有贯通至冷却块7下面的拉制孔6，在拉制孔6外围的冷却块7上设有密闭的介质通道11，所述介质通道11的进口和出口分别连接冷却介质入管2和冷却介质出管1，具体实施时，所述冷却块7设置为多个时，多个冷却块7呈圆形设置形成所述的用于使用碎硅料同时拉制多根硅芯的冷却装置。
23.进一步，如图1、3所示，为了提高硅芯拉制的稳定性，同时保证冷却块7不发生晃动，在所述冷却块7的上方设有定位环4，所述定位环4上设有复数组管道穿孔和复数个导向孔5，每组管道穿孔分别套接在对应的冷却介质出管1和冷却介质入管2的外缘面上，每个导向孔5分别对应冷却块7上的拉制孔6，所述导向孔5与拉制孔6同心设置。
24.进一步，为了进一步提高硅芯拉制的速度、降低硅芯拉制的椭圆度，保证同时拉制出硅芯的等径度，如图2、5、7所示，在所述每个拉制孔6下部的外缘面上设有至少一个吹气
口13，所述吹气口13外接气源。吹气口13可以加速与籽晶接触硅熔液的结晶速度。
25.进一步，实施时，所述吹气口13设置为一个时，如图2、5所示，吹气口13连接设置在冷却块7下部的气体通道16，气体通道16通过设置在冷却块7外侧壁上的吹气管12连通气源。
26.进一步，实施时，所述吹气口13设置为多个时，如图2、7所示，在冷却块7下部拉制孔6的外围设置气道14，所述气道14的内缘面设有复数个贯通至拉制孔6的吹气口13，气道14的外缘面连通设置在冷却块7下部的气体通道16，气体通道16通过设置在冷却块7外侧壁上的吹气管12连通气源。
27.进一步，实施时，如图4、5、6、7所示，所述吹气管12设置在冷却介质出管1或冷却介质入管2的内缘面，吹气管12的外端头连通气源，吹气管12的下端头依次穿过冷却块7上吹气管穿孔15及介质通道11后连通气道14（具体结构如图5、6所示），所述气道14的内缘面上设有至少一个贯通至拉制孔6的吹气口13。
28.进一步，实施时，所述吹气管12的外端头连接用于调节进气量的调压阀，所述调压阀通过管道连接气源。
29.进一步，实施时，所述吹气管12的外端头分别连接固定环3上的进气口，所述进气口连接调压阀，所述调压阀通过管道连接气源。
30.进一步，实施时，如图2、5所示，所述固定环3的上面设有燕尾槽10，在所述燕尾槽10内设有密封环，在固定环3的下面设有用于降温的冷却水道，所述冷却水道分别连接进水口和出水口。
31.进一步，冷却介质为冷却水或冷却气体，如液氮等。
32.本发明在具体应用时，其设置在位于炉室内坩埚的上方，本发明中冷却块7的下面接近坩埚内硅料融液但不能接触，工作时，首先将碎硅料放入坩埚内，开启加热器对位于坩埚支撑上的坩埚进行加热，待坩埚的碎硅料融化为硅料融液后，上提拉头带动籽晶下降，当籽晶穿过冷却块7上的拉制孔6与硅料融液接触停止籽晶下降，待籽晶的下端头融化后缓慢提升籽晶，此时由于本发明内通入了冷却介质，使冷却块7底面的温度形成下高上低的温度梯度，此时，硅料融液跟随籽晶上升，当硅料融液接近冷却块7上的拉制孔6时，由于此处的温度低于坩埚的温度，硅料融液逐渐结晶，当结晶的硅料融液通过拉制孔6进入由复数组冷却介质出管1和冷却介质入管2围成的低温区后温度逐渐降低便形成所需要的硅芯，应用时，本发明中的吹气口13可以对刚刚结晶后的硅芯进行强制冷却，同时还可以通过调节吹气量的大小实现调整硅芯的椭圆度，等径度等，大大提高了硅芯的成品率及拉制效率。
33.本发明中涉及到的碎硅料不仅包括硅芯制备过程中出现的余料，不小心折断的硅芯，多/单晶硅生产企业在还原、切割、磨抛等工艺阶段产生的碎料等，同样还包括其它形状的硅料（比如菜花料、长度较小的硅棒等），或直接采购新的硅料使用本发明直接拉制硅芯。
34.本发明在实际应用时，不仅可以用于硅芯的拉制，同时还可以实现其它晶体材料的拉制。
35.以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。
36.为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。