用于单晶炉的降氧装置以及单晶炉的制作方法

1.本实用新型涉及单晶硅棒制造技术领域，尤其涉及一种用于单晶炉的降氧装置以及单晶炉。


背景技术：

2.目前，在太阳能电池技术领域，通常采用单晶硅棒来制作硅片，在相关技术中，光伏单晶(单晶硅棒)中的氧杂质会引起同心圆、黑心片等缺陷，严重影响光伏电池效率及良率，低氧硅单晶已成为未来高效电池的必需品。此外，在成本上，拉晶电耗约占方棒非硅成本的30％左右，低功耗拉晶也将成为生产光伏单晶的一种趋势。因此，如何在降低单晶硅棒中的氧含量的同时保证功耗不会过高成为了技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种用于单晶炉的降氧装置以及单晶炉，旨在解决如何在降低单晶硅棒中的氧含量的同时保证功耗不会过高的技术问题。
4.本实用新型是这样实现的，本实用新型实施例的降氧装置包括：
5.保温筒，所述保温筒用于环绕所述单晶炉的坩埚设置且设置与所述单晶炉的加热器的下方，所述保温筒形成有容置腔，所述保温筒朝向所述坩埚的一侧形成有凹槽；
6.填充在所述容置腔内的保温件；和
7.导热件，所述导热件嵌设于所述凹槽内。
8.更进一步地，所述保温件包括软毡、保温块和保温棉中的至少一种。
9.更进一步地，所述保温筒为碳碳保温筒。
10.更进一步地，所述凹槽的数量为多个，所述导热件的数量与所述凹槽的数量相对应，多个所述凹槽沿所述保温筒的周向方向均匀间隔设置。
11.更进一步地，在所述保温筒的高度方向上，所述凹槽的截面形状为圆形和多边形中的至少一种或者多种的组合。
12.更进一步地，所述导热件包括石墨块。
13.更进一步地，沿所述保温筒的高度方向，所述凹槽的深度不超过所述坩埚的底部。
14.本实用新型还提供一种单晶炉，所述单晶炉包括：
15.炉体；
16.设置在所述炉体内的坩埚；
17.环绕所述坩埚设置且位于所述坩埚顶部的加热器；和
18.上述任一项所述的降氧装置，所述保温筒环绕所述坩埚设置且位于所述加热器下方。
19.更进一步地，所述保温筒与所述坩埚间隔设置以使所述坩埚能够相对所述保温筒上下移动和旋转。
20.更进一步地，所述保温筒与所述加热器上下间隔设置。
21.在本实用新型实施例的用于单晶炉的降氧装置以及单晶炉中，降氧装置包括环绕坩埚设置的保温筒、保温件和导热件，保温筒形成有容置腔，保温筒朝向坩埚的一侧形成有凹槽。保温件填充在容置腔内，导热件嵌设于凹槽内，保温筒用于环绕单晶炉的坩埚设置且位于单晶炉的加热器的下方。如此，降氧装置的保温筒设置在单晶炉的及加热器下方且环绕坩埚设置，保温筒内填充有保温件，降氧装置可以利用保温筒和保温件件加热器的辐射热量大部分阻隔在坩埚的上部，减少加热器对坩埚下部的辐射影响，降低坩埚的底部温度，减少熔硅的对流，进而减弱坩埚埚壁分解出的氧通过对流进入结晶界面，降低单晶硅棒中的氧含量。同时，通过在保温筒的凹槽内嵌设导热件可以对热量进行辅助传导，可加快化料底部热传导，减少化料时的功率，降低主加热功率，使得单晶炉的主加热功耗不会过高。
22.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例提供的单晶炉的结构示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的降氧装置的剖面结构示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的降氧装置的另一剖面结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的降氧装置的再一剖面结构示意图。
27.主要元件符号说明：
28.单晶炉1000、降氧装置100、保温筒10、容置腔11、凹槽12、保温件20、导热件30、炉体200、坩埚300、加热器400。
具体实施方式
29.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。此外，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
31.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用场景。
35.本实用新型中，降保温筒设置在单晶炉的及加热器下方且环绕坩埚，保温筒内填充有保温件，在等晶过程中，降氧装置可以利用保温筒和保温件将加热器的辐射热量大部分阻隔在坩埚的上部，减少加热器对坩埚下部的辐射影响，降低坩埚的底部温度，减少熔硅的对流，进而减弱坩埚埚壁分解出的氧通过对流进入结晶界面，降低单晶硅棒中的氧含量。同时，通过在保温筒的凹槽内嵌设导热件可以对热量进行辅助传导，可加快化料时底部的热传导，减少化料时的功率，也即降低主加热功率，使得单晶炉的主加热功耗不会过高，节约能源。
36.实施例一
37.请参阅图1，本实用新型实施例中的单晶炉1000可包括炉体200、坩埚300、加热器400和本实用新型实施例中的降氧装置100。
38.炉体200形成有炉腔201，坩埚300、加热器400和降氧装置100均可设置在炉腔201内，坩埚300用于盛放硅料，在一些实施例中，坩埚300可在炉腔内上下移动和旋转。加热器400可为环形加热器，加热器400可环绕坩埚300设置且位于坩埚300的顶部，加热器400用于对坩埚300进行热辐射以对坩埚300进行加热从而熔化坩埚300内的硅料以使其形成熔硅。
39.请参阅图1至图3，本实用新型实施例中的降氧装置100可包括保温筒10、保温件20和导热件30，保温筒10用于环绕单晶炉1000的坩埚300设置且位于加热器400的下方，也即，加热器400环绕坩埚300的顶部设置，保温筒10则环绕坩埚300的底部设置。保温筒10形成有容置腔11，保温筒10朝向坩埚300的一侧形成有凹槽12，保温件20可填充在容置腔11内，导热件30可嵌设于凹槽12内，导热件30可沿图2所示的安装方向(即保温筒10的上下方向)嵌入至凹槽12内。
40.在本实用新型实施例的降氧装置100和单晶炉1000中，降氧装置100的保温筒10用于环绕单晶炉1000的坩埚300设置且位于单晶炉1000的加热器400的下方，保温筒10形成有容置腔11，保温筒10朝向坩埚300的一侧形成有凹槽12。保温件20填充在容置腔11内，导热件30嵌设于凹槽12内。如此，降保温筒10设置在单晶炉1000的及加热器400下方且环绕坩埚300，保温筒10内填充有保温件20，在等晶过程中，降氧装置100可以利用保温筒10和保温件20将加热器400的辐射热量大部分阻隔在坩埚300的上部，减少加热器400对坩埚300下部的辐射影响，降低坩埚300的底部温度，减少熔硅的对流，进而减弱坩埚300埚壁分解出的氧通
过对流进入结晶界面，降低单晶硅棒中的氧含量。同时，通过在保温筒10的凹槽12内嵌设导热件30可以对热量进行辅助传导，可加快化料时底部的热传导，减少化料时的功率，也即降低主加热功率，使得单晶炉1000的主加热功耗不会过高，节约能源。
41.具体地，在本实用新型的实施例中，炉体200作为单晶炉1000的主要载体，坩埚300、加热器400和降氧装置100均设置在炉体200内，除这些结构外，炉体200上还可设有进气管道(图未示出)和排气管道(图未示出)以用于通入保护气体以及将炉体200内的保护气体抽出。
42.在本实用新型的实施例中，坩埚300可为石英坩埚300，其可与硅料接触且不会引入杂质，为了避免污染硅料。
43.进一步地，在本实用新型的实施例中，保温筒10可呈中空环状，保温筒10可与坩埚300同轴设置，保温筒10上的凹槽12可以是在制作保温筒10的过程中直接一次形成，也可以是在制作完成保温筒10后再在保温筒10朝向坩埚300的内壁上通过其它工艺形成凹槽12，具体在此不作限制，凹槽12的凹陷深度以及高度可根据具体情况进行设置，在此也不作限制。
44.在本实用新型的实施例中，一方面，加热器400仅环绕设置在坩埚300的顶部，可使得坩埚300中的熔硅主要在加热器400所对应的区域进行加热，而坩埚300位于加热器400下方的区域，由于降氧装置100设置，保温筒10内的保温件20能够起到隔热的作用，加热器400对于坩埚300下部区域的热辐射减弱，坩埚300内的熔硅主要在坩埚300的顶部区域中产生对流，使得坩埚300中熔硅的纵向温度降低，减弱氧原子的移动，减少坩埚300内壁附近的氧原子的产出，氧原子进入到拉晶生长界面附近的几率降低，从而降低晶棒中的氧含量。
45.另一方面，由于凹槽12和导热件30的设置，在初始的化料过程，加热器400的热辐射可以通过导热件30传导一部分至坩埚300的底部区域而不会被完全隔绝，在同样的功率下，可以减少化料时间，在同样的化料时间下，可有效的降低主加热的功耗，节约能源。并且，通过导热件30的设置也可以避免在等晶的过程中底部的热量被完全隔绝而导致坩埚300底部容易结晶。
46.在一些实施例中，保温件20包括软毡、保温块和保温棉中的至少一种。
47.如此，通过采用软毡、保温块和保温棉作为容置腔11内的填充物可以保证降氧装置100的隔热效果，同时也可以减弱等晶过程中的热量散失。
48.具体地，在这样的实施例中，保温件20可以是全部采用软毡，也可以是全部采用保温块或者保温棉或者任选其中两种或者三种混合，具体在此不作限制。
49.进一步地，在一些实施例中，保温筒10为碳碳保温筒10，也即，保温筒10的材质可为碳碳纤维材质。如此，碳碳纤维强度较高，其可对保温件20进行支撑和保护，同时碳碳纤维也具有良好的导热性能，其可以快速地将热量导入至保温件20内以有效的降低加热器400对坩埚300底部的热辐射。
50.在一些实施例中，导热件30可包括石墨块。如此，石墨具有较好的导热性能，在化料的过程中，其可有效地将加热器400辐射的部分热量传到至坩埚300，以提高化料效率，同时也可以保证等晶过程中坩埚300底部的温度不会过低而出现结晶。当然，可以理解的是，在其它实施例中，导热件30也可以是其它导热性能较好的元件，例如，金属块等等，具体在此不作限制。
51.实施例二
52.请参阅图3，在一些实施例中，凹槽12的数量可为多个，导热件30的数量与凹槽12的数量相对应，多个凹槽12沿保温筒10的周向方向均匀间隔设置。
53.如此，多个凹槽12和导热件30沿周向方向间隔均匀设置可以在化料过程中保证坩埚300底部各个区域的温度保持基本一致，有效地避免出现温度不均匀的情况，也可以有效地避免在等晶过程中每个区域的导热件30的数量不同而出现部分区域温度较低而出现结晶的情况。
54.具体地，在这样的实施例中，凹槽12和导热件30数量可优选为大于或者等于2个，其也可以是两个以上，例如3个，其可沿周向方向均匀间隔120
°
设置，又如，4个，其可沿周向方向均匀间隔90
°
设置，具体在此不作限制。
55.实施例三
56.请参阅图3和图4，在一些实施例中，在保温筒10的高度方向上，凹槽12的截面形状为圆形和多边形中的至少一种或者多种的组合。
57.如此，通过采用圆形和多边形这一类规则的形状可便于凹槽12的获取和制造。
58.具体地，多边形可为三角形、矩形、正方形、正六边形等等，具体在此不作限制。在一些实施例中，凹槽12的截面形状也可为多种形状的组合，例如，如图,4所示，凹槽12的形状可为圆形和矩形的组合，其形状可以是u型也可以是其它，具体在此不作限制。
59.实施例四
60.请参阅图，在一些实施例中，沿保温筒10的高度方向，凹槽12的深度不超过坩埚300的底部。如此，凹槽12的深度无需设置得较长，简化工艺，降低成本。
61.具体地，在这样的实施例中，凹槽12的深度可为坩埚300高度的二分之一、三分之一或者四分之一，或者凹槽12的深度与坩埚300的底部平齐，具体在此不作限制。
62.实施例五
63.请参阅图1，在一些实施例中，保温筒10与坩埚300间隔设置以使坩埚300能够相对保温筒10上下移动和旋转。如此，保温筒10的设置不会干涉坩埚300在炉体200内的移动和旋转。
64.具体地，保温通与坩埚300之间具有间隙，方便坩埚300自由的上下移动及旋转，同时也便于设备的拆卸和安装以及调试。优选地，在实用新型的实施例中，保温筒10的内壁与坩埚300的外壁间隔距离不小于2mm-4mm，例如不小于3mm，以避免对坩埚300的移动和旋转造成干涉。
65.实施例六
66.请参阅图1，在一些实施例中，保温筒10与加热器400上下间隔设置。
67.如此，通过将保温筒10与加热器400上下间隔设置可以避免其与加热器400直接接触而导致加热器400的热辐射直接被保温筒10吸收而导致坩埚300顶部的辐射强度较弱，同时也可以避免加热器400与保温筒10异常接触导致过流而损坏加热器400。
68.具体地，在这样的实施例中，加热器400与保温筒10的间距通常可设有2mm-4mm以上，例如3mm以上，具体在此不作限制。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者
特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.此外，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，所述降氧装置包括：保温筒，所述保温筒用于环绕所述单晶炉的坩埚设置且设置与所述单晶炉的加热器的下方，所述保温筒形成有容置腔，所述保温筒朝向所述坩埚的一侧形成有凹槽；填充在所述容置腔内的保温件；和导热件，所述导热件嵌设于所述凹槽内。2.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，所述保温件包括软毡、保温块和保温棉中的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，所述保温筒为碳碳保温筒。4.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，所述凹槽的数量为多个，所述导热件的数量与所述凹槽的数量相对应，多个所述凹槽沿所述保温筒的周向方向均匀间隔设置。5.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，在所述保温筒的高度方向上，所述凹槽的截面形状为圆形和多边形中的至少一种或者多种的组合。6.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，所述导热件包括石墨块。7.根据权利要求1所述的用于单晶炉的降氧装置，其特征在于，沿所述保温筒的高度方向，所述凹槽的深度不超过所述坩埚的底部。8.一种单晶炉，其特征在于，包括：炉体；设置在所述炉体内的坩埚；环绕所述坩埚设置且位于所述坩埚顶部的加热器；和权利要求1至7中任一项所述的降氧装置，所述保温筒环绕所述坩埚设置且位于所述加热器下方。9.根据权利要求8所述的单晶炉，其特征在于，所述保温筒与所述坩埚间隔设置以使所述坩埚能够相对所述保温筒上下移动和旋转。10.根据权利要求8所述的单晶炉，其特征在于，所述保温筒与所述加热器上下间隔设置。

技术总结
本实用新型适用于单晶硅棒制造技术领域，提供了一种用于单晶炉的降氧装置以及单晶炉，降氧装置的保温筒形成有容置腔，保温筒朝向坩埚的一侧形成有凹槽，保温件可填充在容置腔内，导热件可嵌设于凹槽内。如此，降保温筒设置在单晶炉的及加热器下方且环绕坩埚，保温筒内填充有保温件，在等晶过程中，降氧装置可以利用保温筒和保温件将加热器的辐射热量大部分阻隔在坩埚的上部，减少加热器对坩埚下部的辐射影响，降低坩埚的底部温度，降低单晶硅棒中的氧含量。同时，通过在保温筒的凹槽内嵌设导热件可以对热量进行辅助传导，可加快化料时底部的热传导，减少化料时的功率，也即降低主加热功率，使得单晶炉的主加热功耗不会过高，节约能源。约能源。约能源。


技术研发人员：张骏凯 潘军明 王永谦 陈刚
受保护的技术使用者：珠海富山爱旭太阳能科技有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/9/3