【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种延缓单晶炉内籽晶变色的方法，属于半导体材料。
技术介绍
1、单晶硅是一种半导体材料，其特殊的导电性能与物理性质使其成为了太阳能电池领域极为重要的研究内容。单晶硅的生产过程依次有：硅矿石选矿、生产多晶硅、精炼、生产单晶硅、硅片切割、生产组件。利用单晶硅生产太阳能电池，效率稳定、成本低廉，被广泛用于光伏发电领域。
2、光伏单晶硅目前主流的生产方法是直拉法，硅片来源于直拉法生产出的硅棒切割，直拉法生产单晶硅的过程包括：加料、化料、引晶、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾。
3、在晶体生长过程中，单晶炉内始终通有自上而下流动的氩气以提供无氧环境，同时带走部分多余热量。另外，主要由低温产生温度梯度的装置为水冷屏，内部通流水。而导流筒用于确保气流向单晶硅棒周围及自由液面流动。籽晶作为生产中的关键材料，其寿命和使用次数会很大程度上影响成本的投入量，行业内一般一根籽晶的使用次数在4到5次。但是在目前的生产中，由于单晶炉内部构造，石墨籽晶夹具和其他周围结构的外形设计，籽晶非常容易变色。变色后的籽晶，其力学性能会被改变，大大增加了断裂的可能性，会给生产带来巨大隐患。此外，变色情况的发生不但会在一定程度上影响拉制的晶体质量，还会造成因需要更换籽晶而带来的时间成本和人力成本被浪费。虽然籽晶变色不可被避免，但通过使用本专利技术中的装置改变籽晶的受热情况，可以大大延缓其变色。
4、另外，在目前的单晶炉设计中，氩气在炉室上端的进气口与晶体水平截面的中心并没有垂直对齐，因此常出现因气流在各方向的不均匀导致的晶
技术实现思路
1、针对光伏单晶硅直拉法制备过程中单晶炉内籽晶变色问题，本专利技术提出一种延缓单晶炉内籽晶变色程度的方法，通过在单晶炉的副炉室内，沿中轴线竖直设置引气罩以匹配籽晶端位置、氩气流走向及流量大小，控制籽晶端温度，从而防止籽晶变色问题。本专利技术方法可以有效地改善籽晶尖端温度过高的问题，可以延缓籽晶变色程度、延缓变色时间而增加籽晶可用次数，从而节省材料、降低生产成本；还可以提高单晶硅拉制过程中缩颈段和放肩段的气流流速，降低缩颈段和放肩段的晶体温度，增大温度梯度，可以缩短工序时间、提高晶体质量。
2、一种延缓单晶炉内籽晶变色的方法：在单晶炉的副炉室内，沿中轴线竖直设置引气罩以匹配籽晶尖端位置和氩气流走向，增大籽晶尖端氩气流量以降低籽晶尖端温度，延缓籽晶变色；
3、所述引气罩内壁沿周向均匀设置有若干条肋片4，肋片4的自由端向引气罩中心轴线延伸，肋片4的底端延伸至引气罩末端，引气罩包括从上至下依次连接的引气罩s1段、引气罩s2段和引气罩s3段，引气罩s1段的顶部为微喇型进气端1，微喇型进气端1的顶端直径大于底端直径，肋片4的顶端向上延伸至微喇型进气端1末端，引气罩s1段的底部为与微喇型进气端1底端一体成型的圆柱形引气筒ⅰ，引气罩s2段为圆柱形引气筒ⅱ，引气罩s3段为漏斗型引气筒，漏斗型引气筒包括从上至下依次连接的圆柱形引气段ⅰ、微缩引气段和圆柱形引气段ⅱ，圆柱形引气段ⅰ、微缩引气段和圆柱形引气段ⅱ一体成型，圆柱形引气段ⅱ末端为引气罩出口端10，圆柱形引气筒ⅰ、圆柱形引气筒ⅱ和圆柱形引气段ⅰ的内径相等，圆柱形引气段ⅰ的直径大于圆柱形引气段ⅱ的直径；
4、引气罩内沿中轴线竖直设置有钼质重锤2，钼质重锤2包括从上至下依次连接的圆柱体ⅰ段、微喇体ⅱ段和圆柱体ⅲ段，圆柱体ⅰ段的直径小于圆柱体ⅲ段的直径，钼质重锤2末端同轴固定设置有石墨籽晶夹具7，石墨籽晶夹具7的末端同轴夹持有籽晶9，籽晶9向下延伸至引气罩外侧；
5、钼质重锤2的圆柱体ⅰ段向上延伸至引气罩s1段的微喇型进气端1内，圆柱体ⅲ段的末端向下延伸至引气罩s2段下部，石墨籽晶夹具7的顶端延伸至引气罩s2段内，石墨籽晶夹具7的末端位于引气罩s3段的微缩引气段内；
6、钼质重锤2与引气罩s1段的圆柱形引气筒ⅰ之间形成s1段狭道5，石墨籽晶夹具7与引气罩s3段的微缩引气段之间形成s3段狭道8。
7、所述引气罩s1段的圆柱形引气筒ⅰ顶端内壁通过上支撑件3同轴固定设置在钼质重锤2的圆柱体ⅰ段外侧，引气罩s2段底部内壁通过下支撑件6同轴固定设置在钼质重锤2的圆柱体ⅲ段外侧。
8、所述上支撑件3包括圆环件ⅰ和翼板ⅰ，翼板ⅰ的两端分别为a端和b端，翼板ⅰ的a端均匀固定设置在圆环件ⅰ的外侧壁，翼板ⅰ的b端水平延伸至引气罩内壁并固定连接；下支撑件6包括圆环件ⅱ和翼板ⅱ，翼板ⅱ的两端分别为a’端和b’端，翼板ⅱ的a’端均匀固定设置在圆环件ⅱ的外侧壁，翼板ⅱ的b’端水平向引气罩内壁延伸并与肋片4固定连接。
9、所述钼质重锤2包括钼质重锤ⅰ段和钼质重锤ⅱ段，钼质重锤ⅰ段包括一体成型的圆柱体段ⅰ和外螺纹段ⅰ，外螺纹段ⅰ的直径小于圆柱体段ⅰ的直径，钼质重锤ⅱ段包括圆柱体段ⅱ和外螺纹段ⅱ，圆柱体段ⅱ的顶部开设有内螺纹孔ⅰ，上支撑件3的圆环件ⅰ套设在钼质重锤ⅰ段的外螺纹段ⅰ上，钼质重锤ⅰ段的底端通过外螺纹段ⅰ和内螺纹孔ⅰ与钼质重锤ⅱ段的顶端螺纹连接；钼质重锤ⅱ段的外螺纹段ⅱ直径小于圆柱体段ⅱ的直径，石墨籽晶夹具7的顶部开设有内螺纹孔ⅱ，下支撑件6的圆环件ⅱ套设在钼质重锤ⅱ段的外螺纹段ⅱ上，钼质重锤ⅱ段的底端外螺纹段ⅱ和内螺纹孔ⅱ与石墨籽晶夹具7的顶端螺纹连接。
10、所述上支撑件3的圆环件ⅰ与钼质重锤ⅰ段的圆柱体段ⅰ之间以及上支撑件3的圆环件ⅰ与钼质重锤ⅱ段的顶面之间均设置有缓冲垫圈ⅰ；下支撑件6的圆环件ⅱ与钼质重锤ⅱ段的圆柱体段ⅱ之间以及下支撑件6的圆环件ⅱ与石墨籽晶夹具7的顶面之间均设置有缓冲垫圈ⅱ。
11、所述缓冲垫圈ⅰ包括依次设置的柔性垫圈a16、第一弹簧垫圈17和柔性垫圈a’18，缓冲垫圈ⅱ包括依次设置的柔性垫圈b19、第二弹簧垫圈20和柔性垫圈b’21。
12、所述引气罩s1段的末端套设在引气罩s2段的顶端，引气罩s2段的末端套设在引气罩s3段的顶端。
13、所述引气罩s1段的末端开设有s1段滑槽11、引气罩s2段的顶部固定设置有s2段固定销轴12，引气罩s2段的末端开设有s2段滑槽13，引气罩s3段顶端开设有s3段上沿槽口14，引气罩s3段顶部固定设置有s3段固定销轴15，s2段固定销轴12滑设在s1段滑槽11内，s3段固定销轴15滑设在s2段滑槽13内，下支撑件6的翼板ⅱ滑入s3段上沿槽口14内。
14、所述引气罩安装后，籽晶的末端位于引气罩出口的下方。。
15、设副炉室半径为l，引气罩进口半径r1，出口半径为r2，重锤上端半径为r1，籽晶半径为r2，引气罩外侧的副炉室气流速度为c3，引气罩进口截面有效面积为a1，引气罩出口截面有效面积为a2，不加引气罩时籽晶附近的气体流速为c1，加设引气罩后引气罩出口气体流速为c2；
16、在副炉室内以一半径为r的圆柱空间体积为计算体积，其中r1≤r≤l，该圆柱空间与引气罩同轴，圆柱空间的顶端与引气罩进口端位于同一水平面上，圆柱空间的底端与引气本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：在单晶炉的副炉室内，沿中轴线竖直设置引气罩以匹配籽晶尖端位置和氩气流走向，增大籽晶尖端氩气流量以降低籽晶尖端温度，延缓籽晶变色；
2.根据权利要求1所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：引气罩S1段的圆柱形引气筒Ⅰ顶端内壁通过上支撑件(3)同轴固定设置在钼质重锤(2)的圆柱体Ⅰ段外侧，引气罩S2段底部内壁通过下支撑件(6)同轴固定设置在钼质重锤(2)的圆柱体Ⅲ段外侧。
3.根据权利要求2所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：上支撑件(3)包括圆环件Ⅰ和翼板Ⅰ，翼板Ⅰ的两端分别为A端和B端，翼板Ⅰ的A端均匀固定设置在圆环件Ⅰ的外侧壁，翼板Ⅰ的B端水平延伸至引气罩内壁并固定连接；下支撑件(6)包括圆环件Ⅱ和翼板Ⅱ，翼板Ⅱ的两端分别为A’端和B’端，翼板Ⅱ的A’端均匀固定设置在圆环件Ⅱ的外侧壁，翼板Ⅱ的B’端水平向引气罩内壁延伸并与肋片(4)固定连接。
4.根据权利要求3所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：钼质重锤(2)包括钼质重锤Ⅰ段和钼质重锤Ⅱ段，钼质重锤Ⅰ段包括一体成型的圆柱体
5.根据权利要求4所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：上支撑件(3)的圆环件Ⅰ与钼质重锤Ⅰ段的圆柱体段Ⅰ之间以及上支撑件(3)的圆环件Ⅰ与钼质重锤Ⅱ段的顶面之间均设置有缓冲垫圈Ⅰ；下支撑件(6)的圆环件Ⅱ与钼质重锤Ⅱ段的圆柱体段Ⅱ之间以及下支撑件(6)的圆环件Ⅱ与石墨籽晶夹具(7)的顶面之间均设置有缓冲垫圈Ⅱ。
6.根据权利要求5所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：缓冲垫圈Ⅰ包括依次设置的柔性垫圈A(16)、第一弹簧垫圈(17)和柔性垫圈A’(18)，缓冲垫圈Ⅱ包括依次设置的柔性垫圈B(19)、第二弹簧垫圈(20)和柔性垫圈B’(21)。
7.根据权利要求3所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：引气罩S1段的末端套设在引气罩S2段的顶端，引气罩S2段的末端套设在引气罩S3段的顶端。
8.根据权利要求7所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：引气罩S1段的末端开设有S1段滑槽(11)、引气罩S2段的顶部固定设置有S2段固定销轴(12)，引气罩S2段的末端开设有S2段滑槽(13)，引气罩S3段顶端开设有S3段上沿槽口(14)，引气罩S3段顶部固定设置有S3段固定销轴(15)，S2段固定销轴(12)滑设在S1段滑槽(11)内，S3段固定销轴(15)滑设在S2段滑槽(13)内，下支撑件(6)的翼板Ⅱ滑入S3段上沿槽口(14)内。
9.根据权利要求1所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：籽晶的末端位于引气罩出口的下方。
10.根据权利要求1所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：在单晶炉的副炉室内，沿中轴线竖直设置引气罩以匹配籽晶尖端位置和氩气流走向，增大籽晶尖端氩气流量以降低籽晶尖端温度，延缓籽晶变色；
2.根据权利要求1所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：引气罩s1段的圆柱形引气筒ⅰ顶端内壁通过上支撑件(3)同轴固定设置在钼质重锤(2)的圆柱体ⅰ段外侧，引气罩s2段底部内壁通过下支撑件(6)同轴固定设置在钼质重锤(2)的圆柱体ⅲ段外侧。
3.根据权利要求2所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：上支撑件(3)包括圆环件ⅰ和翼板ⅰ，翼板ⅰ的两端分别为a端和b端，翼板ⅰ的a端均匀固定设置在圆环件ⅰ的外侧壁，翼板ⅰ的b端水平延伸至引气罩内壁并固定连接；下支撑件(6)包括圆环件ⅱ和翼板ⅱ，翼板ⅱ的两端分别为a’端和b’端，翼板ⅱ的a’端均匀固定设置在圆环件ⅱ的外侧壁，翼板ⅱ的b’端水平向引气罩内壁延伸并与肋片(4)固定连接。
4.根据权利要求3所述延缓单晶炉内籽晶变色的方法，其特征在于：钼质重锤(2)包括钼质重锤ⅰ段和钼质重锤ⅱ段，钼质重锤ⅰ段包括一体成型的圆柱体段ⅰ和外螺纹段ⅰ，外螺纹段ⅰ的直径小于圆柱体段ⅰ的直径，钼质重锤ⅱ段包括圆柱体段ⅱ和外螺纹段ⅱ，圆柱体段ⅱ的顶部开设有内螺纹孔ⅰ，上支撑件(3)的圆环件ⅰ套设在钼质重锤ⅰ段的外螺纹段ⅰ上，钼质重锤ⅰ段的底端通过外螺纹段ⅰ和内螺纹孔ⅰ与钼质重锤ⅱ段的顶端螺纹连接；钼质重锤ⅱ段的外螺纹段ⅱ直径小于圆柱体段ⅱ的直径，石墨籽晶夹具(7)的顶部开设有内螺纹孔ⅱ，下支撑件(6)的圆环件ⅱ套设在钼质重锤ⅱ段的外螺纹段ⅱ上，钼质重锤ⅱ段的底端外螺纹段ⅱ和内螺纹...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕国强，康家铭，李太，赵亮，黄振玲，周翔，马文会，李绍元，任永生，王懿文，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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