一種負(fù)壓式硅片制作設(shè)備及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直接從硅溶液形成硅片的制作設(shè)備及其控制方法，尤其涉及一種負(fù)壓式硅片制作設(shè)備及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年來，隨著硅太陽能電池發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，對(duì)硅材料的需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過半導(dǎo)體材料的需求量。硅片的成本占據(jù)硅太陽能電池成本約1/4，硅片成本的降低將有效降低硅太陽能電池的發(fā)電成本。
[0003]目前，硅片主要有單晶硅片和多晶硅片，單晶硅片采用硅原料熔化后在單晶拉制爐內(nèi)形成圓形硅棒，然后進(jìn)行開方；多晶硅片采用硅原料熔化后在多晶鑄錠爐內(nèi)鑄造形成硅錠，然后在開方后去除頭尾及邊皮，硅料損失均達(dá)約30%，切片的過程中硅料損失為約45 %，最后形成硅片的硅材料只占據(jù)硅原料的不足40 %，造成了硅材料極大的浪費(fèi)。
[0004]從硅熔液中直接形成硅片或硅帶的技術(shù)一直是人們不肩的追求，但是針對(duì)從熔融硅熔液中直接制取需要尺寸的硅片的技術(shù)仍發(fā)展緩慢。對(duì)于這一新興的技術(shù)領(lǐng)域，國際上有部分廠家能夠?qū)崿F(xiàn)硅帶的連續(xù)生長，但仍然是小規(guī)模的生產(chǎn)，而直接形成一定尺寸的硅片的技術(shù)仍然處于研發(fā)階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種負(fù)壓式硅片制作設(shè)備及其控制方法，能夠由硅熔液直接形成硅片的過程，硅片厚度薄，重復(fù)性好，大大節(jié)省硅材料及單個(gè)硅片的能耗，并降低硅太陽能電池成本。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)有用于盛放硅液的坩禍，所述坩禍的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器，所述坩禍的上方設(shè)有硅片提取單元，其中，所述硅片提取單元包括可一起上下移動(dòng)的冷卻腔和擴(kuò)容減壓室，所述冷卻腔伸入到擴(kuò)容減壓室中，所述擴(kuò)容減壓室的上端封閉，下端開口并在開口處設(shè)有耐溫掛件，所述耐溫掛件圍繞在冷卻腔的周圍并伸出冷卻腔的底部，所述冷卻腔的外壁、擴(kuò)容減壓室的內(nèi)壁以及硅液之間可形成密閉負(fù)壓腔，所述爐體上設(shè)有硅片承接板，所述硅片承接板上設(shè)有高頻感應(yīng)線圈。
[0007]上述的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，其中，所述冷卻腔中密封設(shè)有導(dǎo)熱油，所述冷卻腔的上端通過第一運(yùn)動(dòng)滑塊和定向?qū)к壈惭b在爐體的副腔室爐壁上，所述擴(kuò)容減壓室的上端為第二運(yùn)動(dòng)滑塊，所述第二運(yùn)動(dòng)滑塊密封套設(shè)在冷卻腔外并且其兩端與定向?qū)к壔瑒?dòng)相連，所述第二運(yùn)動(dòng)滑塊位于第一運(yùn)動(dòng)滑塊的下方。
[0008]上述的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，其中，所述硅片承接板固定在爐外推桿上，所述爐外推桿貫穿設(shè)于爐體加熱腔室上部的爐壁上，所述冷卻腔和爐體加熱腔室的上部接觸處設(shè)有爐體密封塊，所述加熱器和爐體內(nèi)壁之間設(shè)有隔熱保溫層。
[0009]上述的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，其中，所述耐溫掛件大致呈開口向下的喇叭狀，所述耐溫掛件的材質(zhì)為等靜壓石墨。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提供一種上述負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，包括如下步驟:a)利用加熱器將坩禍中的硅加熱熔化；b)控制硅片提取單元下移至耐溫掛件的下邊緣接觸并伸入硅液中，使得冷卻腔的外壁、擴(kuò)容減壓室的內(nèi)壁以及硅液之間形成一密封腔室，控制冷卻腔底部和硅液的距離為I?1cm ;c)增加擴(kuò)容減壓室的內(nèi)腔體積，隨著密封腔室內(nèi)氣壓減小形成負(fù)壓腔，硅液壓入耐溫掛件內(nèi)形成硅液凸面；d)硅液凸面的熱量由冷卻腔帶走，硅液凸面凝固形成硅片并與底部硅液自然分離；e)向上提升耐溫掛件與冷卻腔，將硅片承接板推入耐溫掛件下，并給高頻感應(yīng)線圈通電，對(duì)耐溫掛件進(jìn)行感應(yīng)加熱，使得其與硅片接觸處溫度升高至硅熔點(diǎn)，縮小擴(kuò)容減壓室的容積，密封腔室內(nèi)壓力升高，擠壓硅片脫落至硅片承接板上，并連同硅片承接板一起移出至爐體外。
[0011]上述的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的控制方法，其中，所述步驟c)通過推拉擴(kuò)容減壓室上的伸縮桿，帶動(dòng)第二運(yùn)動(dòng)滑塊上滑增加擴(kuò)容減壓室的內(nèi)腔體積，并控制硅液凸面高出硅液面I?5mm，所述步驟d)通過向冷卻腔中通入150?250°C的導(dǎo)熱油，帶走娃液凸面的熱量，并控制硅片的厚度為100?250 μ m。
[0012]本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備及其控制方法，通過設(shè)置冷卻腔和擴(kuò)容減壓室及粘取硅片的耐溫掛件，耐溫掛件浸入硅熔液中后形成負(fù)壓腔，硅液面微凸，由冷卻腔接近硅液面吸收熱量，微凸的硅液面凝固形成硅薄片并與硅液自然分離，帶有高頻感應(yīng)線圈的承接板加熱耐溫掛件至硅熔點(diǎn)，硅片脫落至承接板，從而實(shí)現(xiàn)由硅熔液直接形成硅片的過程，硅片厚度薄，重復(fù)性好，大大節(jié)省了硅材料及單個(gè)娃片的能耗，并降低娃太陽能電池成本。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的硅片提取單元下部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的耐溫掛件接觸硅液面密封負(fù)壓形成硅片示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的高頻感應(yīng)圈加熱耐溫掛件示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備硅片脫落后處于承接板上示意圖。
[0018]圖中:
[0019]I冷卻液進(jìn)出口 2定向?qū)к?3第一運(yùn)動(dòng)滑塊
[0020]4第二運(yùn)動(dòng)滑塊 5擴(kuò)容減壓室 6爐外推桿
[0021]7高頻感應(yīng)線圈 8加熱器9坩禍
[0022]10硅液11檢測導(dǎo)線 12硅片
[0023]13爐體固定立柱 14隔熱保溫層 15爐體
[0024]16硅片提取單元 17爐體密封塊 18硅片承接板
[0025]161冷卻腔162娃液凸面 163耐溫掛件
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0027]圖1為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明負(fù)壓式硅片制作設(shè)備的硅片提取單元下部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]請(qǐng)參見圖1和圖2，本發(fā)明提供的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，包括爐體15，所述爐體15內(nèi)設(shè)有用于盛放硅液10的坩禍9，所述坩禍9的外側(cè)周圍設(shè)有加熱器8，所述坩禍9的上方設(shè)有硅片提取單元16，其中，所述硅片提取單元16包括可一起上下移動(dòng)的冷卻腔161和擴(kuò)容減壓室5，所述冷卻腔161伸入到擴(kuò)容減壓室5中，所述擴(kuò)容減壓室5的上端封閉，下端開口并在開口處設(shè)有耐溫掛件163，所述耐溫掛件163圍繞在冷卻腔161的周圍并伸出冷卻腔161的底部，所述冷卻腔161的外壁、擴(kuò)容減壓室5的內(nèi)壁以及硅液10之間可形成密閉負(fù)壓腔，所述爐體15上設(shè)有硅片承接板18，所述硅片承接板18上設(shè)有高頻感應(yīng)線圈7。
[0029]本發(fā)明提供的負(fù)壓式硅片制作設(shè)備，所述冷卻腔161上端設(shè)有冷卻液進(jìn)出口 1，冷卻液體具有高導(dǎo)熱率與高熱容量的特點(diǎn)，保證冷卻塊下端穩(wěn)定的溫度，優(yōu)選通入導(dǎo)熱油，所述冷卻腔161的上端通過第一運(yùn)動(dòng)滑塊3和定向?qū)к?安裝在爐體15的副腔室爐壁上，所述擴(kuò)容減壓室5的上端為第二運(yùn)動(dòng)滑塊4，所述第二運(yùn)動(dòng)