[实用新型]一种提高单晶硅拉速的冷却装置

说明书

本实用新型提供一种提高单晶硅拉速的冷却装置，包括导流筒和钼内衬，钼内衬固定设于导流筒的内部，还包括水冷内导、进水管道和出水管道，水冷内导固定设于导流筒与钼内衬之间，进水管道与出水管道相对固定设于水冷内导的上部两侧。本实用新型的有益效果是由于采用上述技术方案，该冷却装置所应用的冷却介质易于得到，使得生产成本降低；该冷却装置中的水冷内导下沿更接近液面距离，单晶纵向温度梯度增大明显，使得单晶硅拉晶过程中的拉速提高；该冷却装置的材质为不锈钢，增加水冷可以及时带走热量，降低装置表面温度，避免该冷却装置因长期处于高温环境出现的损坏。

技术领域

本实用新型属于单晶硅生产技术领域，尤其是涉及一种单晶硅拉速的冷却装置。

背景技术

全球所生产的太阳能电池有80％以上是使用晶体硅，其中单晶硅约占40％，单晶硅最大的优势就是其转换效率高，但是生产成本较高，由于传统的单晶硅生成加工企业生产水平较低，生成技术水平不高，最终造成单晶硅生产效率低、成本高，这极不利于单晶硅生成加工企业的发展，因此单晶硅生成加工企业也在探索提高生成效率、降低成本的单晶硅生产方法。

根据直拉单晶硅的生长界面的能量守恒方程：Q_in+Q_L＝Q_out→k_melt G_melt+LV＝k_c,yG_c,y

其中，Q_in为熔体传入结晶界面的热量，Q_out为结晶界面向晶体付出的热量，Q_L为结晶潜热。得出实际晶体生长速度如下：

其中，V_crys为单晶硅生长速度，G_crys为晶体界面附近的轴向温度梯度，G_melt为生长界面附近熔体内的轴向温度梯度，K_crys与K_melt分别为晶体与熔体的传热系数，A为结晶界面的面积，D_crys为结晶的面积，L为结晶潜热。

从上式中可以看出，生长固定直径单晶硅时，除了晶体轴向温度梯度G_crys与熔体轴向温度梯度G_melt为可变动值，其它均为固定值，因此提高直拉单晶硅拉速应从界面附近晶体及熔体的轴向温度梯度出发，即：①增加界面上方晶体内轴向温度梯度G_crys；②降低界面下方熔体内轴向温度梯度G_melt。

直拉单晶(CZ)法的热场是由石墨件系统、单晶炉冷却系统、氩气系统组成的一套复杂的单晶生长系统。正常情况下直拉单晶法的冷却工艺是在通入冷却气体(一般为氩气)的环境下进行的，由于整个系统处于开启状态，通入的氩气在炉体内停留时间较短，最终带走的热量为全部热量的80％--85％，冷却效果一般且冷却气体成本大。单晶的生长速度取决于固液界面温度梯度，温度梯度越大，生长速度越快，但温度梯度过大，也会导致晶体生长过程出现位错等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本实用新型要解决的问题是提供一种提高单晶硅拉速的冷却装置，特别适合直拉单晶硅时提高拉速时使用，通过将水冷内导与导流筒连接，配合使用，避免了引入新的升降机构，降低了设备的复杂程度，通过冷却介质的循环带走单晶炉内的热量，增加单晶纵向温度梯度，实现拉速的提高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种提高单晶硅拉速的冷却装置，包括导流筒和钼内衬，钼内衬固定设于导流筒的内部，还包括水冷内导、进水管道和出水管道，水冷内导固定设于导流筒与钼内衬之间，进水管道与出水管道相对固定设于水冷内导的上部两侧。

进一步的，水冷内导为上部开口大底部开口小的环状结构，环状结构中设有中空腔体，环状结构的上部相对设置有进水口和出水口，进水口与进水管道固定连接，出水口与出水管道固定连接。