超聲波測量裝置的製作方法

2023-10-05 07:41:39 2

專利名稱：超聲波測量裝置的製作方法
技術領域：
超聲波測量裝置技術領域[0001]本實用新型涉及一種超聲波測量裝置，尤其涉及一種用於多晶矽定向凝固爐中的超聲波測量裝置。
背景技術：
[0002]太陽能光伏發電作為最有潛力的可再生資源利用形式之一，在近年來具有飛速的發展。目前商用的太陽能電池主要是由晶體材料製備的，該晶體材料包括單晶矽和多晶矽， 單晶矽是通過直拉法製備，而多晶矽主要是通過定向凝固鑄造方法製備。[0003]目前，將單晶矽和多晶矽的優勢結合起來的新技術已被開發出來一類單晶鑄錠技術。採用類單晶鑄錠技術，可生產出成本低、轉換效率高的太陽電池，是晶體矽太陽電池的發展趨勢。目前，行業內的類單晶鑄錠技術，採用定向凝固法以及對應的定向凝固爐，將單晶矽塊作為籽晶放置在坩堝底部，然後按照多晶鑄錠的方式進行加熱熔化，並且保證籽晶不被完全熔化掉，確認籽晶達到所要求高度後，進入長晶階段，通過調節溫度和隔熱系統的升降速率，建立合適的溫度梯度，並保持固液界面微凸，確保熔矽在未熔的籽晶上開始生長。採用此方法的類單晶鑄錠的難點和技術要點在於鑄錠時固液界面的追蹤判斷，確保熔化階段單晶矽塊不被完全熔化，使得熔體在未完全熔化的單晶矽塊上繼續生長。[0004]對於多晶矽定向凝固鑄錠，固液界面的推進速度是關係其晶體質量的重要參數， 對於類單晶定向凝固鑄錠，固液界面追蹤更是技術控制的要點，目前行業內廣泛採用的固液界面測試方法是使用高純石英棒插入矽熔體內直至接觸固液界面，通過在一定時間間隔內兩次測量，可得出在該時間間隔內固液界面的推進速率。因為石英棒要接觸固液界面，該方法存在測量精度低並且擾亂固液界面前長晶速率，造成晶體不良等問題，開發一種非接觸式矽固液界面追蹤測量裝置是值得研究的問題。[0005]有必要提供一種用於多晶矽定向凝固爐的固液界面測量的裝置以克服上述問題。 實用新型內容[0006]本實用新型的目的是提供一種超聲波測量裝置，其能夠精確判斷定向凝固爐中固液界面的位置和變化趨勢並且不影響固液界面前端晶體生長。[0007]本實用新型提供如下技術方案[0008]一種超聲波測量裝置，用於測量晶矽定向凝固爐中熔矽與固態矽之間固液界面的移動速度，該裝置包括[0009]電源，用於對所述超聲波測量裝置進行供電；[0010]超聲波換能器，包括發送超聲波脈衝信號的發送構件、和接收超聲波脈衝回波信號的接受構件；[0011]超聲波導管，連接所述超聲波換能器的發送構件與接受構件並延伸至所述定向凝固爐中；[0012]信號處理器，連接所述超聲波換能器，用於對比所述超聲波脈衝信號、和所述超聲波脈衝回波信號以計算所述固液界面的移動速度。[0013]作為本實用新型的進一步改進，所述超聲波換能器位於晶矽定向凝固爐上端，所述超聲波導管自晶矽定向凝固爐上端延伸至所述定向凝固爐內的熔矽中。[0014]作為本實用新型的進一步改進，所述超聲波測量裝置包括設置於所述超聲波換能器與所述多晶矽定向凝固爐之間的隔熱構件，以防止晶矽定向凝固爐的高溫損壞超聲波換能器。[0015]作為本實用新型的進一步改進，所述多晶矽定向凝固爐上端設置有石英棒插孔， 所述超聲波導管穿置於所述隔熱構件與所述石英棒插孔。[0016]作為本實用新型的進一步改進，所述超聲波測量裝置包括連接所述信號處理器的顯示構件，用於顯示信號處理器處理結果及固液界面模擬推進畫面。[0017]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是通過本實用新型所提供超聲波測量裝置，利用超聲波在熔矽中和固態矽中傳輸速度的不同實現了對固液界面的追蹤，可減少人為測試時產生的誤差，精確判斷固液界面的位置和變化趨勢，減少了接觸式測量對固液界面前端長晶的幹擾，提高了生產效率和質量。


[0018]圖1為本實用新型的優選實施方式中超聲波測量裝置的結構示意圖。
具體實施方式
[0019]以下將結合附圖所示的各實施例對本實用新型進行詳細描述。但這些實施例並不限制本實用新型，本領域的普通技術人員根據這些實施例所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本實用新型的保護範圍內。[0020]本實用新型提供一種超聲波測量裝置，用於測量晶矽定向凝固爐中熔矽與固態矽之間固液界面的移動速度，其可適用於多晶矽定向凝固鑄錠和類單晶定向凝固鑄錠的生產工藝中。[0021]如圖1所示，本實用新型所提供的超聲波測量裝置，用於測量多晶矽定向凝固爐 20中熔矽22與固態矽23之間固液界面M的移動速度，該裝置包括電源1，用於對所述超聲波測量裝置進行供電；超聲波換能器2，該超聲波換能器2包括發送超聲波脈衝信號的發送構件、和接收超聲波脈衝回波信號的接受構件；超聲波導管3，連接所述超聲波換能器2 的發送構件與接受構件並延伸至所述多晶矽定向凝固爐20中；以及信號處理器4，其連接所述超聲波換能器2，用於對比所述超聲波脈衝信號、和所述超聲波脈衝回波信號以計算所述固液界面M的移動速度。[0022]本實用新型的實施例中，所述超聲波換能器2位於多晶矽定向凝固爐20上端，並於所述超聲波換能器2與所述多晶矽定向凝固爐20之間設置有隔熱構件5，所述隔熱構件 5可以防止多晶矽定向凝固爐20的高溫部件損壞超聲波換能器2，優選的，所述隔熱構件5 採用隔熱筒製成，所述多晶矽定向凝固爐20上端還設有石英棒插孔，則所述超聲波導管3 自多晶矽定向凝固爐20上端延伸至所述定向凝固爐20的熔矽22中，以保證超聲波換能器 2所產生的超聲波信號可以更接近熔矽22與固態矽23之間的固液界面，後期信號處理器 4處理結果更為簡易，不需考慮超聲波信號於空氣之中傳輸，同時所述超聲波導管3穿置於所述隔熱構件5與所述定向凝固爐20的石英棒插孔之中。[0023]本實用新型的實施例中，所述超聲波測量裝置還包括顯示構件6，所述顯示構件6 連接所述信號處理器4，用來顯示信號處理器4處理結果及固液界面模擬推進畫面，從而實現對於多晶矽定向凝固爐20之中固液界面的非接觸式測量以及位置自動跟蹤。[0024]針對本實用新型提供的超聲波測量裝置，其測量方法包括如下步驟[0025]提供多晶矽定向凝固爐20，其包括設置有所述多晶矽定向凝固爐20內部的坩堝 21，所述坩堝21收容熔矽22以及位於熔矽22下部的固定矽23，所述定向凝固爐上端設置有石英棒插孑L ；[0026]將超聲波測量裝置固定於所述多晶矽定向凝固爐20上端，並使得所述超聲波導管3穿置於所述石英棒插孔，並延伸至所述定向凝固爐20的熔矽中，以實現超聲波脈衝信號傳輸；[0027]提供超聲波換能器2，開啟電源1，啟動超聲波換能器2，所述超聲波換能器2周期性地發送超聲波脈衝信號並接收超聲波脈衝回波信號，[0028]提供信號處理器4，因超聲波脈衝信號在固態矽、坩堝以及熔矽內的傳播速度明顯不同，在熔體內傳播的超聲波脈衝信號遇到固態矽或坩堝底部，會發生反射，在已知超聲波在熔矽內的傳播速度Vs後，信號處理器4通過比對一定時間間隔Atl內自多晶矽固液界面反射的第一超聲波脈衝回波信號、和自固體矽與坩堝交界面反射的第二超聲波脈衝回波信號之間的時間差Δ t2，可得出在這個時間間隔內，固液界面推進的距離Δ χ，長晶速率為ν = VsX Δ t2/ Δ tl。[0029]提供顯示構件6，以顯示所述信號處理器4處理結果及固液界面對模擬推進畫面， 從而實現對於多晶矽定向凝固爐20之中固液界面M的非接觸式測量以及位置自動跟蹤。 優選的，顯示構件6採用液晶顯示器。[0030]通過本實用新型所提供的用於測量多晶矽定向凝固爐中熔矽22與固定矽23之間固液界面M的移動速度的超聲波測量裝置可減少人為測試時產生的誤差，精確判斷固液界面的位置和變化趨勢，減少了接觸式測量對固液界面前端長晶的幹擾；同時信號處理器 4與顯示構件6結合工作可以實時顯示固液界面M推進情況，為多晶矽定向凝固時控制籽晶的熔化提供精確的判斷；因此本實用新型所提供的超聲波測量裝置的測試方法簡單，適合規模化生產。[0031]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。[0032]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施方式的具體說明，它們並非用以限制本實用新型的保護範圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種超聲波測量裝置，用於測量晶矽定向凝固爐中熔矽與固態矽之間固液界面的移動速度，其特徵在於，該裝置包括電源，用於對所述超聲波測量裝置進行供電；超聲波換能器，包括發送超聲波脈衝信號的發送構件、和接收超聲波脈衝回波信號的接受構件；超聲波導管，連接所述超聲波換能器的發送構件與接受構件並延伸至所述定向凝固爐中；信號處理器，連接所述超聲波換能器，用於對比所述超聲波脈衝信號、和所述超聲波脈衝回波信號以計算所述固液界面的移動速度。
2.如權利要求1所述的超聲波測量裝置，其特徵在於，所述超聲波換能器位於晶矽定向凝固爐上端，所述超聲波導管自晶矽定向凝固爐上端延伸至所述定向凝固爐內的熔矽中。
3.如權利要求2所述的超聲波測量裝置，其特徵在於，所述超聲波測量裝置包括設置於所述超聲波換能器與所述多晶矽定向凝固爐之間的隔熱構件，以防止晶矽定向凝固爐的高溫損壞超聲波換能器。
4.如權利要求3所述的超聲波測量裝置，其特徵在於，所述多晶矽定向凝固爐上端設置有石英棒插孔，所述超聲波導管穿置於所述隔熱構件與所述石英棒插孔。
5.如權利要求1所述的超聲波測量裝置，其特徵在於，所述超聲波測量裝置包括連接所述信號處理器的顯示構件，用於顯示信號處理器處理結果及固液界面模擬推進畫面。
專利摘要本實用新型提供一種超聲波測量裝置，用於測量晶矽定向凝固爐中熔矽與固定矽之間固液界面的移動速度，該裝置包括電源，用於對所述超聲波測量裝置進行供電；超聲波換能器，包括發送超聲波脈衝信號的發送構件、和接收超聲波脈衝回波信號的接受構件；超聲波導管，連接所述超聲波換能器的發送構件與接受構件並延伸至所述定向凝固爐中；信號處理器，連接所述超聲波換能器，用於對比所述超聲波脈衝信號、和所述超聲波脈衝回波信號以計算所述固液界面的移動速度。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是減少人為測試時產生的誤差，精確判斷固液界面的位置和變化趨勢，減少了接觸式測量對固液界面前端長晶的幹擾，提高了生產效率和質量。
文檔編號C30B28/06GK202297868SQ20112041625
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者李飛龍, 許濤 申請人:阿特斯(中國)投資有限公司, 阿特斯光伏電力(洛陽)有限公司