[发明专利]一种负压式硅片制作设备及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直接从硅溶液形成硅片的制作设备及其控制方法，尤其涉及一种负压式硅片制作设备及其控制方法。

背景技术

近几年来，随着硅太阳能电池发电技术的发展，对硅材料的需求已经远远超过半导体材料的需求量。硅片的成本占据硅太阳能电池成本约1/4，硅片成本的降低将有效降低硅太阳能电池的发电成本。

目前，硅片主要有单晶硅片和多晶硅片，单晶硅片采用硅原料熔化后在单晶拉制炉内形成圆形硅棒，然后进行开方；多晶硅片采用硅原料熔化后在多晶铸锭炉内铸造形成硅锭，然后在开方后去除头尾及边皮，硅料损失均达约30％，切片的过程中硅料损失为约45％，最后形成硅片的硅材料只占据硅原料的不足40％，造成了硅材料极大的浪费。

从硅熔液中直接形成硅片或硅带的技术一直是人们不屑的追求，但是针对从熔融硅熔液中直接制取需要尺寸的硅片的技术仍发展缓慢。对于这一新兴的技术领域，国际上有部分厂家能够实现硅带的连续生长，但仍然是小规模的生产，而直接形成一定尺寸的硅片的技术仍然处于研发阶段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种负压式硅片制作设备及其控制方法，能够由硅熔液直接形成硅片的过程，硅片厚度薄，重复性好，大大节省硅材料及单个硅片的能耗，并降低硅太阳能电池成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种负压式硅片制作设备，包括炉体，所述炉体内设有用于盛放硅液的坩埚，所述坩埚的外侧周围设有加热器，所述坩埚的上方设有硅片提取单元，其中，所述硅片提取单元包括可一起上下移动的冷却腔和扩容减压室，所述冷却腔伸入到扩容减压室中，所述扩容减压室的上端封闭，下端开口并在开口处设有耐温挂件，所述耐温挂件围绕在冷却腔的周围并伸出冷却腔的底部，所述冷却腔的外壁、扩容减压室的内壁以及硅液之间可形成密闭负压腔，所述炉体上设有硅片承接板，所述硅片承接板上设有高频感应线圈。

上述的负压式硅片制作设备，其中，所述冷却腔中密封设有导热油，所述冷却腔的上端通过第一运动滑块和定向导轨安装在炉体的副腔室炉壁上，所述扩容减压室的上端为第二运动滑块，所述第二运动滑块密封套设在冷却腔外并且其两端与定向导轨滑动相连，所述第二运动滑块位于第一运动滑块的下方。

上述的负压式硅片制作设备，其中，所述硅片承接板固定在炉外推杆上，所述炉外推杆贯穿设于炉体加热腔室上部的炉壁上，所述冷却腔和炉体加热腔室的上部接触处设有炉体密封块，所述加热器和炉体内壁之间设有隔热保温层。

上述的负压式硅片制作设备，其中，所述耐温挂件大致呈开口向下的喇叭状，所述耐温挂件的材质为等静压石墨。

本发明为解决上述技术问题还提供一种上述负压式硅片制作设备的控制方法，其中，包括如下步骤：a)利用加热器将坩埚中的硅加热熔化；b)控制硅片提取单元下移至耐温挂件的下边缘接触并伸入硅液中，使得冷却腔的外壁、扩容减压室的内壁以及硅液之间形成一密封腔室，控制冷却腔底部和硅液的距离为1～10cm；c)增加扩容减压室的内腔体积，随着密封腔室内气压减小形成负压腔，硅液压入耐温挂件内形成硅液凸面；d)硅液凸面的热量由冷却腔带走，硅液凸面凝固形成硅片并与底部硅液自然分离；e)向上提升耐温挂件与冷却腔，将硅片承接板推入耐温挂件下，并给高频感应线圈通电，对耐温挂件进行感应加热，使得其与硅片接触处温度升高至硅熔点，缩小扩容减压室的容积，密封腔室内压力升高，挤压硅片脱落至硅片承接板上，并连同硅片承接板一起移出至炉体外。

上述的负压式硅片制作设备的控制方法，其中，所述步骤c)通过推拉扩容减压室上的伸缩杆，带动第二运动滑块上滑增加扩容减压室的内腔体积，并控制硅液凸面高出硅液面1～5mm，所述步骤d)通过向冷却腔中通入150～250℃的导热油，带走硅液凸面的热量，并控制硅片的厚度为100～250μm。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的负压式硅片制作设备及其控制方法，通过设置冷却腔和扩容减压室及粘取硅片的耐温挂件，耐温挂件浸入硅熔液中后形成负压腔，硅液面微凸，由冷却腔接近硅液面吸收热量，微凸的硅液面凝固形成硅薄片并与硅液自然分离，带有高频感应线圈的承接板加热耐温挂件至硅熔点，硅片脱落至承接板，从而实现由硅熔液直接形成硅片的过程，硅片厚度薄，重复性好，大大节省了硅材料及单个硅片的能耗，并降低硅太阳能电池成本。

附图说明

图1为本发明负压式硅片制作设备结构示意图；

图2为本发明负压式硅片制作设备的硅片提取单元下部放大结构示意图；