矽錠的提取裝置及方法
2023-05-25 00:18:51
專利名稱：矽錠的提取裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種用於太陽能電池的矽錠，更具體地，涉及一種矽錠的提取裝置及方法，用於分兩次提取錠以降低提取矽錠的裝置的高度。
背景技術：
以前，用作太陽能電池的基板的矽片是通過較薄地切割單向凝固的矽錠而製成的。這裡，矽片的質量和成本是由矽錠的質量和成本決定的。因此，為了提高矽片的質量且降低成本，需要降低製造高質量的單向凝固矽錠的成本，對此開始使用電磁連續鑄造法，該電磁連續鑄造法使用用於凝固錠的模具材料的石
墨或石英坩堝而無模具損失。現有的電磁連續鑄造法使用由感應線圈和設置在感應線圈內部的導電材料(通常使用無氧銅)製成的、下部敞開的且用於連續鑄造的冷坩堝。所述冷坩堝具有在圓周方向上至少一部分由縱向狹縫被分為多個段的結構，並且所述冷坩堝具有冷卻水流過內部的水冷結構以凝固熔融金屬且保護冷坩堝。如上所述，縱向形成的狹縫使得由流入感應線圈的高頻電流產生的磁場傳輸至冷坩堝的內部並在溶解物質上產生感應電流，相應的焦耳熱效應不僅加熱且溶解連續供給的裝入原料，而且在冷坩堝的內側產生電磁力，減少溶解原料與冷坩堝內側壁面之間的接觸。此外，溶解的矽融液在向冷坩堝的下方凝固的同時向下流動，如果繼續提供原料，則可以連續生產單向凝固的矽錠。這種電磁連續鑄造法具有如下效果減少與冷坩堝的接觸，從而抑制原料的汙染，在提高錠的質量的同時不會消耗模具，從而降低設備維持成本且提高生產率。但是，上述現有的電磁連續鑄造法具有如下問題。首先，現有的電磁連續鑄造裝置具有的問題是，為了大批量生產而需要增加每批次的產量，然而，由於是在垂直方向上連續鑄造，因此隨著產量的增加，設備的尺寸會以幾何級數增加。於是，如果設備的尺寸變大，則設備投資會增加，例如需要充分確保建築物的層聞。其次，現有的電磁連續鑄造裝置為了按設計長度以適當的提取速度穩定地提取錠並將提取出的錠移出到裝置外部，需要確保提取裝置的充足的衝程(Stroke)。例如，為了提取Im長的矽錠，需要確保錠長的至少兩倍的2m的衝程。為了更容易地說明，圖I至圖3示出根據現有技術的提取矽錠的過程的操作狀態示意圖。如圖所示，腔室I上分別具有進氣口 2和出氣口 3。投入到冷坩堝中的矽原料在所述腔室I中被熔化。所述矽熔液在腔室I內部凝固的同時被製成錠5。所述錠5的底部由擠壓墊7支撐，所述擠壓墊7的底部與軸9結合。所述軸9設置成在垂直方向上可以移動，在下降的同時提取錠5。所述軸9由軸支架10支撐，所述軸9與螺杆11及軸導件13連接並移動。
另外，所述軸支架10沿著在垂直方向上設置成較長的軸導件13在垂直方向上移動，所述螺杆11的底部由支撐板14支撐。在上述現有技術中，如圖所示，所述軸導件13的高度大約為2L。這是因為，所述軸9為了提取具有高度L的錠5且將所述錠5移出到外部，還需要衝程L。參照圖2，即使軸9下降L高度，所述錠5仍位於腔室I中，因此，如圖3所示，需要再下降相當於衝程L的高度才能將所述錠5移出到外部。如上所述，確保提取裝置的衝程最終會造成設備的尺寸變大，設備投資上需要大量的成本。
發明內容
發明要解決的技術問題因此，為了解決上述現有技術的問題，本發明的目的是提供一種具有可以降低用於提取矽錠的設備的高度的結構的矽錠的提取裝置及方法。 本發明想要實現的技術問題不僅限於上面提到的技術問題，至於未提到的其它技術問題，本領域的技術人員可以從以下描述中清楚地了解。解決技術問題的技術手段為了實現上述目的，根據本發明的矽錠的提取裝置的特徵在於，包括腔室，流入冷坩堝內的矽原料在所述腔室中被熔化；一次提取裝置，所述一次提取裝置設置成相對於所述腔室在垂直方向上可以移動，並且所述一次提取裝置凝固所述矽熔液且提取矽錠；移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設置在所述腔室的下方且所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態下提取所述矽錠。所述一次提取裝置的特徵在於，包括第一軸，所述第一軸相對於所述腔室在垂直方向上可以移動；第一螺杆，所述第一螺杆與所述第一軸連接成使所述第一軸可以移動；以及軸導件，所述軸導件用於引導所述第一軸的移動。所述第一軸的特徵在於，在其頂部可拆裝地結合用於支撐所述錠的底部的擠壓墊。所述第一軸的特徵在於，固定到可移動地設置在所述第一螺杆及軸導件上的軸支架上。所述二次提取裝置的特徵在於，包括第二軸，所述第二軸以垂直方向設置在所述腔室的下方；支撐板，所述支撐板的升降由所述第二軸所引導，並且用於支撐所述擠壓墊；以及第二螺杆，所述第二螺杆與所述支撐板連接成使所述支撐板升降，且使所述支撐板沿著所述第二軸升降。所述移動裝置的特徵在於，包括移動板，所述移動板支撐所述一次提取裝置；以及移動導件，所述移動導件設置成使所述移動板在水平方向上可以移動。所述第一軸的特徵在於，在位於所述腔室的狀態下，向所述第一軸提供冷卻水。所述一次提取裝置的特徵在於低速提取矽錠，所述二次提取裝置的特徵在於高速提取娃澱。所述一次提取裝置的特徵在於以0. 5至10. Omm/min的速度提取矽錠，所述二次提取裝置的特徵在於以100至500mm/min的速度提取矽錠。所述一次提取裝置的特徵在於，所述一次提取裝置的頂部具有用於與所述二次提取裝置間的密封的真空波紋管。根據本發明的其它特徵，根據本發明的矽錠的提取方法的特徵在於，包括下列步驟使矽原料流入位於腔室內部的冷坩堝內並熔化所述矽原料；一次提取裝置在使所述腔室中形成的矽熔液下降的同時凝固所述矽熔液，對矽錠進行一次提取；在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置在使凝固的所述矽錠下降的同時，進行二次提取。在對矽錠進行一次提取的步驟之前，還包括向所述一次提取裝置提供冷卻水的步驟。所述進行一次提取的步驟的特徵在於低速提取矽錠，所述進行二次提取的步驟的特徵在於高速提取矽錠。
所述進行一次提取的步驟的特徵在於以0. 5至10. Omm/min的速度進行，所述進行二次提取的步驟的特徵在於以100至500mm/min的速度進行。有益效果本發明中，矽錠的提取裝置的高度比現有的減小約一半。這是因為配置有兩個提取矽錠的裝置且分兩次提取錠。如上所述，本發明具有如下效果通過減小提取裝置的高度，可以降低用於設備的製造成本，而且還可以確保設置提取裝置的空間。
圖I至圖3示出根據現有技術的提取矽錠的過程的操作狀態示意圖。圖4是根據本發明的矽錠的提取裝置的正面圖；圖5是根據本發明的矽錠的提取裝置的側面圖；圖6是構成本發明實施例的軸和擠壓墊結合的結構圖。圖7是構成本發明實施例的軸和擠壓墊分離的結構圖。圖8至圖10是根據本發明的矽錠的提取裝置提取錠的過程的操作狀態示意圖。
具體實施例方式下文，參照附圖詳細說明根據本發明的矽錠的提取裝置及方法的優選實施例。圖4是根據本發明的矽錠的提取裝置的正面圖，圖5是根據本發明的矽錠的提取裝置的側面圖，圖6及圖7是示出構成本發明實施例的軸和擠壓墊的結合關係的結構圖。根據這些附圖所示，根據本發明的矽錠的提取裝置包括腔室20，流入到冷坩堝內的矽原料在所述腔室20中被熔化；一次提取裝置，所述一次提取裝置設置成相對於所述腔室20在垂直方向上可以移動，並且所述一次提取裝置凝固所述矽熔液且提取矽錠24 ;移動裝置38，所述移動裝置38橫向移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設置在所述腔室20的下方使得所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態下提取所述矽錠24。在所述腔室20的內部空間內，將矽原料投入到冷坩堝內。所述腔室20的頂部和底部分別具有進氣口 21和出氣口 22。所述進氣口 21及出氣口 22為使用於製造矽錠24的氣體流入及排出的通路。
而且，所述矽錠24的底部由擠壓墊26支撐。所述擠壓墊26通常由石墨製成。所述擠壓墊26上具有與對應於第一軸30的結合槽30'的結合突出部26'連接的結合板27。所述結合突出部26'被插入所述結合槽30'中使得所述擠壓墊26與所述第一軸30相互結合。S卩，所述擠壓墊26和所述第一軸30由與結合板27連接的結合突出部26'及結合槽30'相互可拆裝地結合。在所述擠壓墊26和第一軸30之間的空間內設置有真空波紋管28。所述真空波紋管28是為了與二次提取裝置之間的密封而設置的，一次提取結束後與所述一次提取裝置一起移動。此外，為了與所述二次提取裝置之間的密封可以設置除真空波紋管之外的其它密封部件。另外，本發明的一次提取裝置包括第一軸30，所述第一軸30相對於所述腔室20在垂直方向上可以移動；第一螺杆32，所述第一螺杆32連接成使所述第一軸30可以移動；以及軸導件34，所述軸導件34用於引導所述第一軸30的移動。 所述一次提取裝置較長地設置在垂直方向上，如圖7所示，具有高度L。該高度與現有的軸導件13的高度2L相比減小了一半。如上所述，本發明通過顯著減小設備的高度，具有整體降低設備製造成本的效果。這裡，由於所述第一軸30上升至腔室20內的高度區域，因此需要應用水冷式結構提供冷卻水。所述軸導件34上具有相對於軸導件34支撐所述第一軸30的軸支架31。所述軸支架31設置成沿著所述軸導件34可以移動。所述軸導件34通常使用LM (直線運動)導件。同時，所述一次提取裝置的底部具有移動板36。所述移動板36起到支撐所述第一螺杆32及軸導件34的作用。此外，所述移動板36可移動地設置在移動導件38上。如圖5所示，所述移動導件38較長地設置在水平方向上，使得結束一次提取後的一次提取裝置可以在水平方向上移動。然後，本發明的二次提取裝置包括第二軸40，所述第二軸40以垂直方向設置在所述腔室20的下方；支撐板44，所述支撐板44的升降由所述第二軸40所引導，並且用於支撐所述擠壓墊26 ；以及第二螺杆42，所述第二螺杆42結合成使所述支撐板44升降，且使所述支撐板44沿著所述第二軸40升降。所述第二軸40設置成位於所述第一軸30的外圍。而且，所述支撐板44位於所述二次提取裝置的頂部，起到支撐所述擠壓墊26的作用。在對錠進行二次提取24時，所述支撐板44在支撐擠壓墊26的同時下降。本實施例中，所述一次提取裝置以低速進行提取操作，所述二次提取裝置以高速進行提取操作。優選地，所述一次提取裝置以0. 5至10. Omm/min的速度提取錠24，所述二次提取裝置以100至500mm/min的速度提取錠24。換句話說，所述第一軸30的升降速度是0. 5至10. Omm/min,第二軸40的升降速度是100至500mm/min。如上所述，使一次提取速度和二次提取速度不同的理由如下本實施例中，所述二次提取裝置是在一次提取裝置完成一次提取後進行二次提取的裝置，實質上凝固且製造錠24的步驟在一次提取中完成，二次提取是將凝固的錠24移出到外部的步驟。因此，進行一次提取時，由於需要凝固錠24，因此配合工藝條件使第一軸30低速下降，進行二次提取時，由於是提取已經凝固的錠24，因此高速下降可以使工藝速度更快。下文，詳細說明由具有上述結構的根據本發明的矽錠的提取裝置提取矽錠的過程。圖8至圖10是根據本發明的矽錠的提取裝置提取錠的過程的操作狀態示意圖。首先，參照圖8，第一軸30在一次提取前上升至腔室20內部的高溫區域。此時，為了防止所述第一軸30在高溫下變形，向第一軸30提供冷卻水。然後，所述第一軸30沿著所述第一螺杆32下降。所述第一軸30優選以0. 5至10. Omm/min的下降速度移動。此時，所述軸支架31可以使第一軸30沿著所述軸導件34下降，當所述第一軸30的下降完成時，則在矽錠24凝固的同時結束一次提取。
所述錠24的一次提取結束後，如圖9所示，支撐所述一次提取裝置的移動板36沿著移動導件38向側面以水平方向移動。這樣，所述一次提取裝置移動後，在移動前所述一次提取裝置所在的部分形成一定的空間，真空波紋管28被移除。從而，二次提取裝置在該空間內提取錠24。S卩，參照圖10，所述支撐板44通過旋轉的第二螺杆42沿著第二軸40下降，同時將錠24移出到外部。所述第二軸40優選以100至500mm/min的下降速度移動。此時，所述錠24可以在通過擠壓墊26由支撐板44支撐的狀態下下降的同時被移出到外部。這樣，完成錠24的二次提取。本發明的權利範圍不受限於上述實施例，而是由權利要求書的範圍定義，本領域的技術人員應當理解，在權利要求書的範圍內可以對本發明進行各種變型及改編。
權利要求
1.一種矽錠的提取裝置，其特徵在於，包括 腔室，流入到冷坩堝內的矽原料在所述腔室中被熔化； 一次提取裝置，所述一次提取裝置設置成相對於所述腔室在垂直方向上可以移動，並且所述一次提取裝置凝固被熔化的所述矽原料且提取矽錠； 移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設置在所述腔室的下方且所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態下提取所述矽錠。
2.如權利要求I所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述一次提取裝置包括 第一軸，所述第一軸相對於所述腔室在垂直方向上可以移動； 第一螺杆，所述第一螺杆與第一軸連接成使得所述第一軸可以移動；以及 軸導件，所述軸導件用於引導所述第一軸的移動。
3.如權利要求2所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，在所述第一軸的頂部可拆裝地結合用於支撐所述矽錠的底部的擠壓墊。
4.如權利要求3所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述第一軸固定在軸支架上，所述軸支架設置成可以在所述第一螺杆及軸導件上移動。
5.如權利要求I所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述二次提取裝置包括 第二軸，所述第二軸垂直地設置在所述腔室的下方； 支撐板，所述支撐板的升降由所述第二軸引導，並且所述支撐板用於支撐所述擠壓墊；以及 第二螺杆，所述第二螺杆與所述支撐板連接成能升降所述支撐板，使得所述支撐板沿著所述第二軸升降。
6.如權利要求I所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述移動裝置包括 移動板，所述移動板支撐所述一次提取裝置；以及 移動導件，所述移動導件設置成使所述移動板在水平方向上可以移動。
7.如權利要求2所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，在所述第一軸位於所述腔室的狀態下，向所述第一軸提供冷卻水。
8.如權利要求I所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述一次提取裝置以低速提取矽錠，所述二次提取裝置以高速提取矽錠。
9.如權利要求8所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述一次提取裝置以0.5至10. Omm/min的速度提取娃錠,所述二次提取裝置以100至500mm/min的速度提取娃錠。
10.如權利要求2所述的矽錠的提取裝置，其特徵在於，所述一次提取裝置的頂部具有用於與所述二次提取裝置間的密封的真空波紋管。
11.一種矽錠的提取方法，其特徵在於，包括下列步驟 使矽原料流入位於腔室內部的冷坩堝內並熔化所述矽原料； 使用一次提取裝置使在所述腔室中形成的矽熔液下降和凝固，並對矽錠進行一次提取； 在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及 使用二次提取裝置使凝固的所述矽錠下降並對所述矽錠進行二次提取。
12.如權利要求11所述的矽錠的提取方法，其特徵在於，在對矽錠進行所述一次提取的步驟之前，還包括， 向所述一次提取裝置提供冷卻水。
13.如權利要求11所述的矽錠的提取方法，其特徵在於，所述進行一次提取的步驟以低速提取矽錠，所述進行二次提取的步驟以高速提取矽錠。
14.如權利要求13所述的矽錠的提取方法，其特徵在於，所述進行一次提取的步驟以.0.5至10. Omm/min的速度進行,所述進行二次提取的步驟以100至500mm/min的速度進行。
全文摘要
本發明涉及一種矽錠的提取裝置及方法。本發明的裝置包括腔室，在所述腔室中引入在冷坩堝中形成的矽融液；一次提取裝置，所述一次提取裝置設置成相對於所述腔室在垂直方向上可以移動，並且所述一次提取裝置凝固所述矽融液且提取矽錠；移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設置到在所述腔室的下方使得所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移動的狀態下提取所述矽錠。本發明具有如下效果通過減小提取裝置的高度，可以降低設備的製造成本，而且還可以減小設置提取裝置的空間。
文檔編號H01L21/677GK102770952SQ201080054736
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者南東鉉, 張棋鉉 申請人:株式會社Kcc