一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法与流程

一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法
1.技术领域
2.本发明涉及人工晶体领域，具体涉及一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法。


背景技术：

3.随着光伏（pv）行业的发展，多晶硅的使用量在逐渐增大。生产多晶硅时，多数是利用还原炉进行多晶硅的还原生产，即通过化学气相沉积（cvd）法在硅芯的表面沉积多晶硅。在现有技术中，首先将三根实心圆硅芯或方硅芯搭接成“π”字形结构，然后在还原炉内进行还原反应。所述还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的。先在还原炉内用硅芯搭接成若干“π”字形结构的闭合回路，即进行“搭桥”。每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成。将闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底的两个电极上，两个电极分别连接直流电源的正负极。
4.为了便于描述，在本发明中将这种按照“π”字形结构搭接好的硅芯组合体称作“硅芯组件”。
5.将一个或多个硅芯组件分别单独放置在还原炉内，利用直流电对硅芯进行加热，加热中每一组搭接好的硅芯组件即相当于一个大电阻。继而向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行多晶硅的沉积。在还原炉内多晶硅会逐渐沉积在硅芯的表面形成多晶硅棒。多晶硅棒经过破碎后再利用直拉炉拉制成单晶硅棒。
6.现有技术在搭接硅芯组件时，通常使用的硅芯为直径φ10mm～φ15mm的实心圆硅芯或用硅锭经线切割形成的10
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10 mm的方硅芯。在还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积会越来越大，反应气体分子对沉积面（硅芯表面）的碰撞机会和数量也会随之增加。当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多，即生产效率越高。因此在搭接硅芯组件时，所使用硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高。相对而言，使用大硅芯不仅可以提高多晶硅还原时的生产效率，同时也可以降低生产成本。
7.为此，本技术人也曾试图采用大直径的实心硅芯。大直径的实心硅芯固然可以提高还原过程的生产率，但大直径硅芯的拉制或生长也存在生产效率低下的问题。硅芯的直径越大，其拉制也越发困难，并且在炉内一次拉制的根数也受到限制。此外，采用大直径的实心硅芯还存在不便运输、搭接后击穿难度大等问题。
8.综上分析，采用大直径的硅芯进行搭接来实现多晶棒的快速生长就成了一个本领域技术人员难以克服的技术壁垒，那么如何通过增大硅芯组件的表面积来提高多晶硅棒生产效率的目的就成了本领域技术人员的长期技术诉求。


技术实现要素：

9.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，本发明通过将至少两组硅芯组件并列组合在一起形成“π”形的整体导电回路，较好的实现了增大其表面积的目的，达到了多晶硅棒快速生长的诉求。
10.为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述方法为首先将一根横硅芯搭接在两根竖硅芯的上端形成一组硅芯组件，将至少两组硅芯组件并列组合后形成整体导电回路，然后将整体导电回路的两端头分别连接硅芯夹持座，两硅芯夹持座分别连接电源的正负极，对整体导电回路进行加热，然后向炉室内通入还原气体进行还原反应实现多晶硅棒的生长。
11.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述横硅芯和竖硅芯的横截面形状为圆形或椭圆形或方形或圆环形或三角形或多边形中的任意一种。
12.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述横硅芯和竖硅芯的横截面形状设置为圆形或椭圆形时，在横硅芯和竖硅芯的外缘面上对称设有平面。
13.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述横硅芯的两端分别设有锥形孔。
14.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述竖硅芯的上端头设有锥形柱。
15.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述竖硅芯的下端头设有锥形柱。
16.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述竖硅芯的第二结构为在竖硅芯的上端头设有横硅芯穿孔。
17.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述竖硅芯的第三结构为在竖硅芯的上端头设有横硅芯卡槽。
18.所述的采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述横硅芯卡槽的形状为v型或u型。
19.采用本发明的技术方案具有如下有益效果：本发明无需直接拉制大直径硅芯，只需拉制常规直径的硅芯，然后由硅芯组合成硅芯组件，通过将至少两组硅芯组件并列组合后形成“π”形的整体导电回路，在实现增大整体导电回路表面积的同时，还达到了多晶硅棒快速生长的技术诉求，本发明具有操作简单、生产效率高以及使用成本低等特点，特别适合在多晶硅领域大面积推广和应用。
附图说明
20.图1是本发明实施例中整体导电回路的第一结构示意图；图2是本发明实施例中横硅芯的结构示意图；图3是本发明实施例中竖硅芯的结构示意图；图4是本发明实施例中硅芯组件的第二结构示意图；图5是本发明实施例中硅芯组件的第三结构示意图；图6是本发明实施例中竖硅芯横截面的结构示意图；
在图中：1、横硅芯；2、竖硅芯；3、锥形柱；4、锥形孔；5、横硅芯穿孔；6、卡接平面；7、横硅芯卡槽；8、平面。
具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明进行进一步的说明；下面的实施例并不是对于本发明的限定，仅作为支持实现本发明的方式，在本发明所公开的技术框架内的任意等同结构替换，均为本发明的保护范围；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。
22.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。
23.结合附图1～6所述的一种采用多组硅芯组件组合生长多晶硅棒的方法，所述方法为首先将一根横硅芯1搭接在两根竖硅芯2的上端形成一组硅芯组件，实施时，如图2所示，在所述竖硅芯2的上端头设有锥形柱3，如图3所示，在所述横硅芯1的两端分别设有锥形孔4，所述锥形孔4由横硅芯1的下面贯通至横硅芯1的上面，即锥形孔4为下端大上端小的锥形，将两根竖硅芯2上端的锥形柱3分别插接在横硅芯1两端的锥形孔4内使两根竖硅芯2与横硅芯1牢固的连接在一起，此时两根竖硅芯2与横硅芯1形成“π”形的硅芯组件，如图1所示，将至少两组硅芯组件并列组合后形成整体导电回路，然后将整体导电回路的两端头分别连接硅芯夹持座，两硅芯夹持座分别连接电源的正负极，对整体导电回路进行加热，然后向炉室内通入还原气体进行还原反应实现多晶硅棒的生长。由于硅芯夹持座、电源、炉室等不是本发明保护的重点，而且它们均为本领域的常规部件及常规工艺，因此在此不对其具体结构和工艺进行累述。
24.具体实施时，所述横硅芯1和竖硅芯2的横截面形状为圆形或椭圆形或方形或圆环形或三角形或多边形中的任意一种。如图6所示，当横硅芯1和竖硅芯2的横截面形状设置为圆形或椭圆形时，在横硅芯1和竖硅芯2的外缘面上对称设有平面8，设置平面8可以增加多组硅芯组件排列的紧密性。
25.进一步，为了提高竖硅芯2与硅芯夹持座连接的牢固程度及连接的便捷性，在所述竖硅芯2的下端头设有锥形柱3。
26.进一步，如图4所示，所述竖硅芯2的第二结构为在竖硅芯2的上端头设有横硅芯穿孔5，然后将横硅芯1的两端头分别插接在两竖硅芯2上端头的横硅芯穿孔5内使两竖硅芯2与横硅芯1形成π”形的硅芯组件，在具体实施时，横硅芯穿孔5可以设置为锥形硅芯穿孔，然后在横硅芯1的两端头分别磨削出锥形柱，然后将锥形柱插接在锥形硅芯穿孔内。
27.进一步，如图5所示，所述竖硅芯2的第三结构为在竖硅芯2的上端头设有横硅芯卡
槽7，所述横硅芯卡槽7的形状为v型或u型，然后将横硅芯1的两端头分别卡接在两竖硅芯2上端头的横硅芯卡槽7内使两竖硅芯2与横硅芯1形成π”形的硅芯组件，具体实施时，可以在横硅芯1两端头的外缘面上分别设置对称的卡接平面6，这样既可以防止横硅芯1在横硅芯卡槽7转动，也可以增大横硅芯1与横硅芯卡槽7的接触面积，有效的提高了横硅芯1与竖硅芯2连接的牢固程度等，可以保证在电传导中的接触效果达到设计要求，避免因接触不良出现局部温升过高；同样可避免因接触不良出现局部温升过高等。
28.本发明可以用较少的硅材获得较大的结晶表面积，从而加快多晶硅棒的形成。其优点在于：1、所需的硅芯（包括横硅芯和竖硅芯）拉制简单、操作方便。
29.2、生产效率高，后期使用成本低。
30.3、组合后的硅芯组件表面积增大，后期还原效率增大等。
31.本发明未详述部分为现有技术。
32.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。