用于定向凝固生长多晶硅的冷却机构
技术领域
本实用新型涉及光伏技术领域，具体涉及一种用于定向凝固生长多晶硅的冷却机构。
背景技术
目前，对于太阳能的开发和利用主要是以太阳能电池的形式，太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化为电能的装置，硅以其高丰度、耐高电压、耐高温、晶带宽度大，比其它半导体材料有体积小、效率高、寿命长、可靠性强以及性能稳定无毒、且制备工艺成熟及广泛的用途等综合优势而成为太阳能电池研究开发、生产和应用的主体材料。晶体硅电池已成为世界光伏市场上的主导产品，多晶硅太阳电池以其转换效率较高(19.8％)，性能稳定和成本适中而得到越来越广泛的应用。
多晶硅铸锭由于生产成本较低、产量大，因而成为晶体硅太阳能电池的主流材料。但是多晶硅铸锭中存在着晶界紊乱、位错、夹杂物及氧化物等缺陷，这些缺陷成为少数载流子的复合中心，减少了光生载流子的寿命，使多晶硅太阳能电池效率低于单晶硅电池。为了提高多晶硅太阳能电池效率，可以在铸锭炉中定向生长大晶粒或准单晶铸锭。定向凝固是制备多晶硅铸锭的一种重要方法，具体为：在同一个坩埚内熔炼和凝固，在坩埚外采取额外保温或冷却的手段，使内部热流单向传递，并使熔体在热流方向上有一定的温度梯度，从而获得柱状组织。
研究表明长晶过程的固液面越平坦或者偏向于微凸，对长晶过程杂质的排出越有利，对晶体的整体质量有较大的影响。目前单独采用冷却盘对坩埚底部进行冷却定向凝固，存在中心的过冷度比较大，中心相对边上的温度要更低，使得长晶时固液界面不平坦；若在采用冷却盘对坩埚底部进行冷却定向凝固的同时，将凝固的熔体向下移出感应区，凝固熔体向下移动法会产生振动，对晶体生长造成不利影响。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：现有单独采用冷却盘对坩埚底部进行冷却定向凝固或者结合将凝固的熔体向下移出感应区，从而获得单向的温度梯度的操作过程中，存在中心过冷或者凝固熔体振动等不足，对晶体生长造成不利影响，本实用新型提供了解决上述问题的用于定向凝固生长多晶硅的冷却机构。
本实用新型通过下述技术方案实现：
用于定向凝固生长多晶硅的冷却机构，包括炉体，所述炉体内设有同轴心线的冷却盘，炉体内还设有隔热环板，隔热环板的径向外缘与炉体内壁接触连接、径向内缘与冷却盘的外壁接触连接；冷却盘上板面上放置坩埚，坩埚外套设有保温筒，保温筒的内壁固定有石墨发热体，保温筒外环设有电磁感应圈；
冷却环板上还开设有环槽，保温筒的轴向底端适配伸入、且贯穿环槽，且保温筒贯穿环槽的端部沿轴向开设有限位卡槽；隔热环板下方的炉体内伸入转动套管，所述转动套管的轴向一端由驱动机构驱动转动、轴向另一端与冷却盘的下板面转动连接；转动套管上还套设有从动圆盘，从动圆盘的外缘螺纹连接有调节筒，调节筒的轴向上端通过嵌入所述限位卡槽内与保温筒连接；转动套管正反向转动，带动从动圆盘正反向转动，通过螺纹传动带动调节筒上下移动、从而推动保温筒和石墨发热体向上或向下移动。
本实用新型工作原理为：首先，将物料置于坩埚内，通过电磁感应圈、石墨发热体对坩埚内物料进行加热，通过保温筒进行保温防散热；然后，通过冷却盘对坩埚底部进行冷却，获得单向的温度梯度；同时，控制驱动机构驱动转动套管正向转动，带动从动圆盘正向转动，通过螺纹传动带动调节筒向上移动、从而推动保温筒和石墨发热体逐渐向上移动，且保温筒和石墨发热体的移动是连续的，不存在温度阶梯性突变，通过控制转动套管的转速即可调节保温筒和石墨发热体移动速度，保障移动速度平稳进行。这样，利于克服中心的过冷度比较大的问题，消除径向温度梯度，促使长晶时固液界面微凸或趋于平坦，且仅移动保温筒和石墨发热体，不会凝固熔体产生振动等不利影响。
优选地，所述环槽的内径小于保温筒的壁厚和石墨发热体的壁厚之和。
由于环槽的内径小于保温筒的壁厚和石墨发热体的壁厚之和，且石墨发热体与保温筒固定连接，这样通过石墨发热体对保温筒起到限位作用，防止保温筒沿环槽滑入隔热环板下方腔室内，且在加热过程中，通过石墨发热体支撑在隔热环板上、以及调节筒对保温筒的支持实现对保温筒的固定。
优选地，所述保温筒嵌入环槽的端部侧壁上开设有若干沉头孔，调节筒的端部侧壁上开设有螺纹孔，通过石墨螺栓贯穿所述沉头孔、旋入螺纹孔内，实现保温筒和调节筒的可拆卸连接。
将保温筒和调节筒通过石墨螺栓连接，实现两者的稳固连接，保障在上下平稳移动，且便于拆装操作。
优选地，所述调节筒远离保温筒的端部内壁上设有限位环板。
通过在保温筒轴向底端设置限位环板，防止从动圆盘与调节筒螺纹适配反向转动过程中向下移出调节筒，对从动圆盘起到轴向限位作用。
优选地，所述转动套管的侧壁上沿周向环设有安装板，所述从动圆盘通过石墨螺栓固定在安装板上。
将从动圆盘与转动套管通过安装板及石墨螺栓连接，便于拆装。
优选地，所述转动套管远离冷却盘的轴向端设有同轴心线的从动轮，从动轮与主动轮啮合连接，主动轮由电机驱动转动。
使用时，只需由电机驱动主动轮转动，通过啮合传动作用带动从动轮转动，从动轮与转动套管外壁固定连接，这样就带动转动套管转动运动，结构简单，操作方便。
优选地，所述冷却盘包括圆形壳体，壳体内设有中空的气体分布圆盘，所述气体分布圆盘的轴心线与壳体的轴心线重合，且气体分布圆盘的外径小于壳体的内径，气体分布圆盘的顶面与底面与对应的壳体的顶面和底面之间的间隙均大于零；气体分布圆盘的地面设有进气管，气体分布圆盘的顶部设有若干通气孔；壳体的底面设有出气管。
冷却气体经进气管进入气体分布圆盘内，然后气体分布圆盘顶部的通气孔排出进入气体分布圆盘顶面与壳体顶面之间的腔室进行换热，热交换后的气体经气体分布圆盘侧壁与壳体侧壁的环形腔、进入气体分布圆盘地面与壳体底面之间的腔室内，并经出气管排出。
优选地，所述进气管的另一端贯穿壳体、且进转动套管伸出至外部环境，出气管穿入转动套管内、经转动套管伸出至外部环境。
本实用新型具有如下的优点和有益效果：
1、本实用新型工作原理为：首先，将物料置于坩埚内，通过电磁感应圈、石墨发热体对坩埚内物料进行加热，通过保温筒进行保温防散热；然后，通过冷却盘对坩埚底部进行冷却，获得单向的温度梯度；同时，控制驱动机构驱动转动套管正向转动，带动从动圆盘正向转动，通过螺纹传动带动调节筒向上移动、从而推动保温筒和石墨发热体逐渐向上移动，且保温筒和石墨发热体的移动是连续的，不存在温度阶梯性突变，通过控制转动套管的转速即可调节保温筒和石墨发热体移动速度，保障移动速度平稳进行。这样，利于克服中心的过冷度比较大的问题，消除径向温度梯度，促使长晶时固液界面微凸或趋于平坦，且仅移动保温筒和石墨发热体，不会凝固熔体产生振动等不利影响；
2、本实用新型将保温筒和调节筒通过石墨螺栓连接，实现两者的稳固连接，保障在上下平稳移动，且便于拆装操作。通过在保温筒轴向底端设置限位环板，防止从动圆盘与调节筒螺纹适配反向转动过程中向下移出调节筒，对从动圆盘起到轴向限位作用；
3、本实用新型冷却气体经进气管进入气体分布圆盘内，然后气体分布圆盘顶部的通气孔排出进入气体分布圆盘顶面与壳体顶面之间的腔室进行换热，热交换后的气体经气体分布圆盘侧壁与壳体侧壁的环形腔、进入气体分布圆盘地面与壳体底面之间的腔室内，并经出气管排出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的冷却盘截面结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：1-炉体，2-冷却盘，3-隔热环板，4-坩埚，5-石墨发热体，6-保温筒，7-电磁感应圈，8-环槽，9-转动套管，10-从动圆盘，11-调节筒，12-限位卡槽，13-限位环板，14-安装板，15-从动轮，16-主动轮，21-壳体，22-气体分布圆盘，23-进气管，24-通气孔，25-出气管。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
本实施例提供了一种用于定向凝固生长多晶硅的冷却机构，包括炉体1，所述炉体1内设有同轴心线的冷却盘2，炉体1内还设有隔热环板3，隔热环板3的径向外缘与炉体1内壁接触连接、径向内缘与冷却盘2的外壁接触连接；冷却盘2上板面上放置坩埚4，坩埚4外套设有保温筒6，保温筒6的内壁固定有石墨发热体5，保温筒6外环设有电磁感应圈7；
冷却环板3上还开设有环槽8，保温筒6的轴向底端适配伸入、且贯穿环槽8，且保温筒6贯穿环槽8的端部沿轴向开设有限位卡槽12；隔热环板3下方的炉体1内伸入转动套管9，所述转动套管9的轴向一端由驱动机构驱动转动、轴向另一端与冷却盘2的下板面转动连接；转动套管9上还套设有从动圆盘10，从动圆盘10的外缘螺纹连接有调节筒11，调节筒11的轴向上端通过嵌入所述限位卡槽12内与保温筒6连接；转动套管9正反向转动，带动从动圆盘10正反向转动，通过螺纹传动带动调节筒11上下移动、从而推动保温筒6和石墨发热体5向上或向下移动。调节筒11采用导热耐高温材料制成，如石墨板材料。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进，所述环槽8的内径小于保温筒6的壁厚和石墨发热体5的壁厚之和。所述保温筒6嵌入环槽8的端部侧壁上开设有若干沉头孔，调节筒11的端部侧壁上开设有螺纹孔，通过石墨螺栓贯穿所述沉头孔、旋入螺纹孔内，实现保温筒6和调节筒11的可拆卸连接。所述调节筒11远离保温筒6的端部内壁上设有限位环板13。所述转动套管9的侧壁上沿周向环设有安装板14，所述从动圆盘10通过石墨螺栓固定在安装板14上。所述转动套管9远离冷却盘2的轴向端设有同轴心线的从动轮15，从动轮15与主动轮16啮合连接，主动轮16由电机驱动转动。
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进，所述冷却盘2包括圆形壳体21，壳体21内设有中空的气体分布圆盘22，所述气体分布圆盘22的轴心线与壳体21的轴心线重合，且气体分布圆盘22的外径小于壳体21的内径，气体分布圆盘22的顶面与底面与对应的壳体21的顶面和底面之间的间隙均大于零；气体分布圆盘22的地面设有进气管23，气体分布圆盘22的顶部设有若干通气孔24；壳体21的底面设有出气管25。所述进气管23的另一端贯穿壳体21、且进转动套管9伸出至外部环境，出气管25穿入转动套管9内、经转动套管9伸出至外部环境。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
