[发明专利]具备旋转型门开闭装置的多晶硅铸锭制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及多晶硅铸锭制造装置，尤其涉及通过改进门开闭装置提高热平衡度，从而更有效的完成硅的生长的具备旋转型门开闭装置的多晶硅铸锭制造装置。

背景技术

最近，利用硅太阳能电池的太阳能发电，因其无公害、安全性及可靠性高等优点，已超过试验阶段步入商业化发展的阶段。

美国、日本、德国等国家利用硅太阳能电池完成数百乃至数千Kw容量的太阳能发电。现在，用于太阳能发电的太阳能电池主要利用通过Czochralski引上法制造而成的单晶硅薄板制造，而为了今后持续的大容量化发展，需降低硅薄板的价格，提高生产性。在此背景下，为了节省太阳能电池用硅薄板的成本而开发出铸造法。

利用铸造法的太阳能电池用多晶硅铸锭的制造基本上以定向凝固作为其特点。向由石英或石墨制作而成的熔炉中投入多晶硅颗粒熔融之后，从熔炉的下部一侧解除硅的溶解热，以使冷却固化也从熔炉的下部一侧向上部一侧移动，从而制取具备一定方向性的所谓柱状结构(Columnar Structure)的铸锭。

较之通过引上法制造而成的单晶硅铸锭，这样制造而成的多晶硅铸锭，因存在于内部的多晶晶界(Grain boundary)，在制造太阳能电池时降低电效率，但因结晶在铸锭的生长方向形成柱状，因此，在整体物性方面比单晶铸锭约低20％左右。但因可大量生产(单晶引上法的2～3倍)，生产性高(单晶引上法的2～3倍)，制造技术简单，因此，在成本方面是单晶硅铸锭的约1/2～1/3。目前为止的铸造法是在将多晶硅供应至石墨熔炉之前，在由石英制造而成的多晶硅熔融部预先进行熔融之后，供应至从上部至下部维持600～1,200℃的温度的矩形或圆形石墨熔炉中完成结晶生长，从而制造多晶硅铸锭的方法。

但是，上述现有技术的铸造法因发生冷的熔炉的急剧的冷却固化，从而防止固化硅和熔炉之间的粘接，但来自熔炉的污染大，残存热应力，因此，缺陷密度变大，而结晶粒子变小。

为解决上述问题，本申请人曾申请大韩民国专利申请第10-2007-0006218号的发明名称为“太阳能电池用多晶硅铸锭制造装置”，其目的在于：解决硅生长过程中，为散热而进行的冷却板接近方式的门开闭方式中存在的问题。

现有技术中虽然有各种方法，但最普遍采用的方法有：降低盛有熔融液体的熔炉以远离加热器，从而冷却下部的方法及通过在下部设置热交换器，从而通过相对于熔炉较冷的冷却板强制散热的方法。因熔炉降低方法存在从下部散热的限制而主要采用利用热交换器的方法，但此方法因在硅融化步骤中存在从下部热交换器跑热现象，从而有可能发生硅不能充分融化的现象，导致熔融步骤中的能量消耗过大。

因上述原因，利用热交换器的装置，在热交换器和熔炉下部之间，设置具备隔热材料的一种门(gate)。上述门在硅熔融过程中被关闭，以防止通过热交换器的跑热现象，从而顺利完成熔融，而在结晶生长步骤中被打开，从而保证向门下部的热交换器充分散热。

图1至图3为本申请人所申请的现有技术，在包括真空室10、加热器20、熔炉30、温度传感器4及门40的铸锭制造装置中，提供构成门开闭装置的各种方法。可商用的方法有：如图1所示的水平滑动的方法和如图2所示的在热交换器利用铰链结构上升的同时，向上顶门以控制器开闭的方法。水平滑动的方法因在设备的生长空间导致热的不平衡，因此，不利于铸锭的均匀生长。这影响最重要的铸锭的生长，因此不可取。具备铰链结构的门开闭方法，虽然具有可获得对称的热平衡条件的优点，但因为是由热交换器上顶门的方法，因此，需要可使热交换器充分开闭门的高度方向上的空间。

为达到今后制造大型铸锭的目的，需向非高度方向的宽度方向生长铸锭，但具备铰链结构的方法在铸锭向旁边增加时，门也需要一并增加，需提高设备的高度，从而不利于大型铸锭的制造。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种消除多晶硅生长空间的热不平衡，应对今后技术发展的趋势，可在不受铸锭制造装置高度的限制的同时增加门大小的多晶硅铸锭制造装置。

技术方案