[实用新型]一种提高单晶硅拉速的冷却装置

说明书

本实用新型提供一种提高单晶硅拉速的冷却装置，包括水冷内导、进水管道、出水管道，水冷内导内表面均匀设置有格栅；进水管道与出水管道相对固定设于水冷内导的上部两侧。采用本实用新型的技术方案，可以充分利用格栅增大散热面积，提高散热速率；同时格栅的设置相当于扰流柱，格栅之间形成的窄缝通道可以提高换热系数，提高冷却效果。

技术领域

本实用新型属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种提高单晶硅拉速的冷却装置。

背景技术

全球所生产的太阳能电池有80％以上是使用晶体硅，其中单晶硅约占40％，单晶硅最大的优势就是其转换效率高，但是生产成本较高，由于传统的单晶硅生成加工企业生产水平较低，生成技术水平不高，最终造成单晶硅生产效率低、成本高，这极不利于单晶硅生成加工企业的发展，因此单晶硅生成加工企业也在探索提高生成效率、降低成本的单晶硅生产方法。

单晶硅的生产工艺包括：加料熔化→缩颈生长→放肩生长→等径生长→尾部生长，具体而言：

(1)加料：将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定，杂质种类包括硼，磷，锑，砷。

(2)熔化：加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度(1420℃)以上，将多晶硅原料熔化。

(3)缩颈生长：当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小(4－6mm)由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面，产生零位错的晶体。

(4)放肩生长：长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小。

(5)等径生长：长完细颈和肩部之后，借着拉速与温度的不断调整，可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分。

(6)尾部生长：在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期。

由此可见，单晶硅棒形成的原理是：在进行拉晶时，将所需的原材料放入坩埚中进行加热，使得原材料由于高温的作用产生熔融的现象，然后应用拉单晶装置进行单晶硅棒的制作，利用熔融的单晶硅原材料由于在拉晶时温度降低，产生凝固的现象，形成单晶硅棒。在拉晶时，在坩埚的上部需要盖着炉盖，且炉盖与坩埚之间密封良好，防止外部杂质进入坩埚内，使得单晶硅棒的纯度受到影响，在这种情况下，使得单晶硅棒在拉单晶时的速度不会过快，否则会影响单晶硅棒的品质。

因此，温度控制对于单晶硅生长的质量和速度起到了至关重要的作用。直拉单晶(CZ)法的热场是由石墨件系统、单晶炉冷却系统、氩气系统组成的一套复杂的单晶生长系统。正常情况下直拉单晶法的冷却工艺是在通入冷却气体(一般为氩气)的环境下进行的，由于整个系统处于开启状态，通入的氩气在炉体内停留时间较短，最终带走的热量为全部热量的80％--85％，冷却效果一般且冷却气体成本大。单晶的生长速度取决于固液界面温度梯度，温度梯度越大，生长速度越快，但温度梯度过大，也会导致晶体生长过程出现位错等问题。

中国专利CN207452295U公开了一种提高单晶硅拉速的冷却装置，包括导流筒和钼内衬，钼内衬固定设于导流筒的内部，还包括水冷内导、进水管道和出水管道，水冷内导固定于导流筒与钼内衬之间，进水管道与出水管道相对固定设于水冷内导的上部两侧。该实用新型存在的技术问题是：水冷内导表面散热空间过小，不利于冷热空气交互，不利于散热，冷却效果一般。