專利名稱：硅錠的提取裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池的硅錠，更具體地，涉及一種硅錠的提取裝置及方法，用于分兩次提取錠以降低提取硅錠的裝置的高度。
背景技術(shù)：
以前，用作太陽能電池的基板的硅片是通過較薄地切割單向凝固的硅錠而制成的。這里，硅片的質(zhì)量和成本是由硅錠的質(zhì)量和成本決定的。因此，為了提高硅片的質(zhì)量且降低成本，需要降低制造高質(zhì)量的單向凝固硅錠的成本，對此開始使用電磁連續(xù)鑄造法，該電磁連續(xù)鑄造法使用用于凝固錠的模具材料的石
墨或石英坩堝而無模具損失?，F(xiàn)有的電磁連續(xù)鑄造法使用由感應(yīng)線圈和設(shè)置在感應(yīng)線圈內(nèi)部的導(dǎo)電材料(通常使用無氧銅)制成的、下部敞開的且用于連續(xù)鑄造的冷坩堝。所述冷坩堝具有在圓周方向上至少一部分由縱向狹縫被分為多個段的結(jié)構(gòu)，并且所述冷坩堝具有冷卻水流過內(nèi)部的水冷結(jié)構(gòu)以凝固熔融金屬且保護冷坩堝。如上所述，縱向形成的狹縫使得由流入感應(yīng)線圈的高頻電流產(chǎn)生的磁場傳輸至冷坩堝的內(nèi)部并在溶解物質(zhì)上產(chǎn)生感應(yīng)電流，相應(yīng)的焦耳熱效應(yīng)不僅加熱且溶解連續(xù)供給的裝入原料，而且在冷坩堝的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生電磁力，減少溶解原料與冷坩堝內(nèi)側(cè)壁面之間的接觸。此外，溶解的硅融液在向冷坩堝的下方凝固的同時向下流動，如果繼續(xù)提供原料，則可以連續(xù)生產(chǎn)單向凝固的硅錠。這種電磁連續(xù)鑄造法具有如下效果減少與冷坩堝的接觸，從而抑制原料的污染，在提高錠的質(zhì)量的同時不會消耗模具，從而降低設(shè)備維持成本且提高生產(chǎn)率。但是，上述現(xiàn)有的電磁連續(xù)鑄造法具有如下問題。首先，現(xiàn)有的電磁連續(xù)鑄造裝置具有的問題是，為了大批量生產(chǎn)而需要增加每批次的產(chǎn)量，然而，由于是在垂直方向上連續(xù)鑄造，因此隨著產(chǎn)量的增加，設(shè)備的尺寸會以幾何級數(shù)增加。于是，如果設(shè)備的尺寸變大，則設(shè)備投資會增加，例如需要充分確保建筑物的層聞。其次，現(xiàn)有的電磁連續(xù)鑄造裝置為了按設(shè)計長度以適當(dāng)?shù)奶崛∷俣确€(wěn)定地提取錠并將提取出的錠移出到裝置外部，需要確保提取裝置的充足的沖程(Stroke)。例如，為了提取Im長的硅錠，需要確保錠長的至少兩倍的2m的沖程。為了更容易地說明，圖I至圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的提取硅錠的過程的操作狀態(tài)示意圖。如圖所示，腔室I上分別具有進(jìn)氣口 2和出氣口 3。投入到冷坩堝中的硅原料在所述腔室I中被熔化。所述硅熔液在腔室I內(nèi)部凝固的同時被制成錠5。所述錠5的底部由擠壓墊7支撐，所述擠壓墊7的底部與軸9結(jié)合。所述軸9設(shè)置成在垂直方向上可以移動，在下降的同時提取錠5。所述軸9由軸支架10支撐，所述軸9與螺桿11及軸導(dǎo)件13連接并移動。
另外，所述軸支架10沿著在垂直方向上設(shè)置成較長的軸導(dǎo)件13在垂直方向上移動，所述螺桿11的底部由支撐板14支撐。在上述現(xiàn)有技術(shù)中，如圖所示，所述軸導(dǎo)件13的高度大約為2L。這是因為，所述軸9為了提取具有高度L的錠5且將所述錠5移出到外部，還需要沖程L。參照圖2，即使軸9下降L高度，所述錠5仍位于腔室I中，因此，如圖3所示，需要再下降相當(dāng)于沖程L的高度才能將所述錠5移出到外部。如上所述，確保提取裝置的沖程最終會造成設(shè)備的尺寸變大，設(shè)備投資上需要大量的成本。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題因此，為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有可以降低用于提取硅錠的設(shè)備的高度的結(jié)構(gòu)的硅錠的提取裝置及方法。 本發(fā)明想要實現(xiàn)的技術(shù)問題不僅限于上面提到的技術(shù)問題，至于未提到的其它技術(shù)問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從以下描述中清楚地了解。解決技術(shù)問題的技術(shù)手段為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置的特征在于，包括腔室，流入冷坩堝內(nèi)的硅原料在所述腔室中被熔化；一次提取裝置，所述一次提取裝置設(shè)置成相對于所述腔室在垂直方向上可以移動，并且所述一次提取裝置凝固所述硅熔液且提取硅錠；移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設(shè)置在所述腔室的下方且所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態(tài)下提取所述硅錠。所述一次提取裝置的特征在于，包括第一軸，所述第一軸相對于所述腔室在垂直方向上可以移動；第一螺桿，所述第一螺桿與所述第一軸連接成使所述第一軸可以移動；以及軸導(dǎo)件，所述軸導(dǎo)件用于引導(dǎo)所述第一軸的移動。所述第一軸的特征在于，在其頂部可拆裝地結(jié)合用于支撐所述錠的底部的擠壓墊。所述第一軸的特征在于，固定到可移動地設(shè)置在所述第一螺桿及軸導(dǎo)件上的軸支架上。所述二次提取裝置的特征在于，包括第二軸，所述第二軸以垂直方向設(shè)置在所述腔室的下方；支撐板，所述支撐板的升降由所述第二軸所引導(dǎo)，并且用于支撐所述擠壓墊；以及第二螺桿，所述第二螺桿與所述支撐板連接成使所述支撐板升降，且使所述支撐板沿著所述第二軸升降。所述移動裝置的特征在于，包括移動板，所述移動板支撐所述一次提取裝置；以及移動導(dǎo)件，所述移動導(dǎo)件設(shè)置成使所述移動板在水平方向上可以移動。所述第一軸的特征在于，在位于所述腔室的狀態(tài)下，向所述第一軸提供冷卻水。所述一次提取裝置的特征在于低速提取硅錠，所述二次提取裝置的特征在于高速提取娃淀。所述一次提取裝置的特征在于以0. 5至10. Omm/min的速度提取硅錠，所述二次提取裝置的特征在于以100至500mm/min的速度提取硅錠。所述一次提取裝置的特征在于，所述一次提取裝置的頂部具有用于與所述二次提取裝置間的密封的真空波紋管。根據(jù)本發(fā)明的其它特征，根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取方法的特征在于，包括下列步驟使硅原料流入位于腔室內(nèi)部的冷坩堝內(nèi)并熔化所述硅原料；一次提取裝置在使所述腔室中形成的硅熔液下降的同時凝固所述硅熔液，對硅錠進(jìn)行一次提取；在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置在使凝固的所述硅錠下降的同時，進(jìn)行二次提取。在對硅錠進(jìn)行一次提取的步驟之前，還包括向所述一次提取裝置提供冷卻水的步驟。所述進(jìn)行一次提取的步驟的特征在于低速提取硅錠，所述進(jìn)行二次提取的步驟的特征在于高速提取硅錠。
所述進(jìn)行一次提取的步驟的特征在于以0. 5至10. Omm/min的速度進(jìn)行，所述進(jìn)行二次提取的步驟的特征在于以100至500mm/min的速度進(jìn)行。有益效果本發(fā)明中，硅錠的提取裝置的高度比現(xiàn)有的減小約一半。這是因為配置有兩個提取硅錠的裝置且分兩次提取錠。如上所述，本發(fā)明具有如下效果通過減小提取裝置的高度，可以降低用于設(shè)備的制造成本，而且還可以確保設(shè)置提取裝置的空間。


圖I至圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的提取硅錠的過程的操作狀態(tài)示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置的正面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置的側(cè)面圖；圖6是構(gòu)成本發(fā)明實施例的軸和擠壓墊結(jié)合的結(jié)構(gòu)圖。圖7是構(gòu)成本發(fā)明實施例的軸和擠壓墊分離的結(jié)構(gòu)圖。圖8至圖10是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置提取錠的過程的操作狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式下文，參照附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置及方法的優(yōu)選實施例。圖4是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置的正面圖，圖5是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置的側(cè)面圖，圖6及圖7是示出構(gòu)成本發(fā)明實施例的軸和擠壓墊的結(jié)合關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)這些附圖所示，根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置包括腔室20，流入到冷坩堝內(nèi)的硅原料在所述腔室20中被熔化；一次提取裝置，所述一次提取裝置設(shè)置成相對于所述腔室20在垂直方向上可以移動，并且所述一次提取裝置凝固所述硅熔液且提取硅錠24 ;移動裝置38，所述移動裝置38橫向移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設(shè)置在所述腔室20的下方使得所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態(tài)下提取所述硅錠24。在所述腔室20的內(nèi)部空間內(nèi)，將硅原料投入到冷坩堝內(nèi)。所述腔室20的頂部和底部分別具有進(jìn)氣口 21和出氣口 22。所述進(jìn)氣口 21及出氣口 22為使用于制造硅錠24的氣體流入及排出的通路。
而且，所述硅錠24的底部由擠壓墊26支撐。所述擠壓墊26通常由石墨制成。所述擠壓墊26上具有與對應(yīng)于第一軸30的結(jié)合槽30'的結(jié)合突出部26'連接的結(jié)合板27。所述結(jié)合突出部26'被插入所述結(jié)合槽30'中使得所述擠壓墊26與所述第一軸30相互結(jié)合。S卩，所述擠壓墊26和所述第一軸30由與結(jié)合板27連接的結(jié)合突出部26'及結(jié)合槽30'相互可拆裝地結(jié)合。在所述擠壓墊26和第一軸30之間的空間內(nèi)設(shè)置有真空波紋管28。所述真空波紋管28是為了與二次提取裝置之間的密封而設(shè)置的，一次提取結(jié)束后與所述一次提取裝置一起移動。此外，為了與所述二次提取裝置之間的密封可以設(shè)置除真空波紋管之外的其它密封部件。另外，本發(fā)明的一次提取裝置包括第一軸30，所述第一軸30相對于所述腔室20在垂直方向上可以移動；第一螺桿32，所述第一螺桿32連接成使所述第一軸30可以移動；以及軸導(dǎo)件34，所述軸導(dǎo)件34用于引導(dǎo)所述第一軸30的移動。 所述一次提取裝置較長地設(shè)置在垂直方向上，如圖7所示，具有高度L。該高度與現(xiàn)有的軸導(dǎo)件13的高度2L相比減小了一半。如上所述，本發(fā)明通過顯著減小設(shè)備的高度，具有整體降低設(shè)備制造成本的效果。這里，由于所述第一軸30上升至腔室20內(nèi)的高度區(qū)域，因此需要應(yīng)用水冷式結(jié)構(gòu)提供冷卻水。所述軸導(dǎo)件34上具有相對于軸導(dǎo)件34支撐所述第一軸30的軸支架31。所述軸支架31設(shè)置成沿著所述軸導(dǎo)件34可以移動。所述軸導(dǎo)件34通常使用LM (直線運動)導(dǎo)件。同時，所述一次提取裝置的底部具有移動板36。所述移動板36起到支撐所述第一螺桿32及軸導(dǎo)件34的作用。此外，所述移動板36可移動地設(shè)置在移動導(dǎo)件38上。如圖5所示，所述移動導(dǎo)件38較長地設(shè)置在水平方向上，使得結(jié)束一次提取后的一次提取裝置可以在水平方向上移動。然后，本發(fā)明的二次提取裝置包括第二軸40，所述第二軸40以垂直方向設(shè)置在所述腔室20的下方；支撐板44，所述支撐板44的升降由所述第二軸40所引導(dǎo)，并且用于支撐所述擠壓墊26 ；以及第二螺桿42，所述第二螺桿42結(jié)合成使所述支撐板44升降，且使所述支撐板44沿著所述第二軸40升降。所述第二軸40設(shè)置成位于所述第一軸30的外圍。而且，所述支撐板44位于所述二次提取裝置的頂部，起到支撐所述擠壓墊26的作用。在對錠進(jìn)行二次提取24時，所述支撐板44在支撐擠壓墊26的同時下降。本實施例中，所述一次提取裝置以低速進(jìn)行提取操作，所述二次提取裝置以高速進(jìn)行提取操作。優(yōu)選地，所述一次提取裝置以0. 5至10. Omm/min的速度提取錠24，所述二次提取裝置以100至500mm/min的速度提取錠24。換句話說，所述第一軸30的升降速度是0. 5至10. Omm/min,第二軸40的升降速度是100至500mm/min。如上所述，使一次提取速度和二次提取速度不同的理由如下本實施例中，所述二次提取裝置是在一次提取裝置完成一次提取后進(jìn)行二次提取的裝置，實質(zhì)上凝固且制造錠24的步驟在一次提取中完成，二次提取是將凝固的錠24移出到外部的步驟。因此，進(jìn)行一次提取時，由于需要凝固錠24，因此配合工藝條件使第一軸30低速下降，進(jìn)行二次提取時，由于是提取已經(jīng)凝固的錠24，因此高速下降可以使工藝速度更快。下文，詳細(xì)說明由具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置提取硅錠的過程。圖8至圖10是根據(jù)本發(fā)明的硅錠的提取裝置提取錠的過程的操作狀態(tài)示意圖。首先，參照圖8，第一軸30在一次提取前上升至腔室20內(nèi)部的高溫區(qū)域。此時，為了防止所述第一軸30在高溫下變形，向第一軸30提供冷卻水。然后，所述第一軸30沿著所述第一螺桿32下降。所述第一軸30優(yōu)選以0. 5至10. Omm/min的下降速度移動。此時，所述軸支架31可以使第一軸30沿著所述軸導(dǎo)件34下降，當(dāng)所述第一軸30的下降完成時，則在硅錠24凝固的同時結(jié)束一次提取。
所述錠24的一次提取結(jié)束后，如圖9所示，支撐所述一次提取裝置的移動板36沿著移動導(dǎo)件38向側(cè)面以水平方向移動。這樣，所述一次提取裝置移動后，在移動前所述一次提取裝置所在的部分形成一定的空間，真空波紋管28被移除。從而，二次提取裝置在該空間內(nèi)提取錠24。S卩，參照圖10，所述支撐板44通過旋轉(zhuǎn)的第二螺桿42沿著第二軸40下降，同時將錠24移出到外部。所述第二軸40優(yōu)選以100至500mm/min的下降速度移動。此時，所述錠24可以在通過擠壓墊26由支撐板44支撐的狀態(tài)下下降的同時被移出到外部。這樣，完成錠24的二次提取。本發(fā)明的權(quán)利范圍不受限于上述實施例，而是由權(quán)利要求書的范圍定義，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變型及改編。
權(quán)利要求
1.一種硅錠的提取裝置，其特征在于，包括 腔室，流入到冷坩堝內(nèi)的硅原料在所述腔室中被熔化； 一次提取裝置，所述一次提取裝置設(shè)置成相對于所述腔室在垂直方向上可以移動，并且所述一次提取裝置凝固被熔化的所述硅原料且提取硅錠； 移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設(shè)置在所述腔室的下方且所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移開的狀態(tài)下提取所述硅錠。
2.如權(quán)利要求I所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述一次提取裝置包括 第一軸，所述第一軸相對于所述腔室在垂直方向上可以移動； 第一螺桿，所述第一螺桿與第一軸連接成使得所述第一軸可以移動；以及 軸導(dǎo)件，所述軸導(dǎo)件用于引導(dǎo)所述第一軸的移動。
3.如權(quán)利要求2所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，在所述第一軸的頂部可拆裝地結(jié)合用于支撐所述硅錠的底部的擠壓墊。
4.如權(quán)利要求3所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述第一軸固定在軸支架上，所述軸支架設(shè)置成可以在所述第一螺桿及軸導(dǎo)件上移動。
5.如權(quán)利要求I所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述二次提取裝置包括 第二軸，所述第二軸垂直地設(shè)置在所述腔室的下方； 支撐板，所述支撐板的升降由所述第二軸引導(dǎo)，并且所述支撐板用于支撐所述擠壓墊；以及 第二螺桿，所述第二螺桿與所述支撐板連接成能升降所述支撐板，使得所述支撐板沿著所述第二軸升降。
6.如權(quán)利要求I所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述移動裝置包括 移動板，所述移動板支撐所述一次提取裝置；以及 移動導(dǎo)件，所述移動導(dǎo)件設(shè)置成使所述移動板在水平方向上可以移動。
7.如權(quán)利要求2所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，在所述第一軸位于所述腔室的狀態(tài)下，向所述第一軸提供冷卻水。
8.如權(quán)利要求I所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述一次提取裝置以低速提取硅錠，所述二次提取裝置以高速提取硅錠。
9.如權(quán)利要求8所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述一次提取裝置以0.5至10. Omm/min的速度提取娃錠,所述二次提取裝置以100至500mm/min的速度提取娃錠。
10.如權(quán)利要求2所述的硅錠的提取裝置，其特征在于，所述一次提取裝置的頂部具有用于與所述二次提取裝置間的密封的真空波紋管。
11.一種硅錠的提取方法，其特征在于，包括下列步驟 使硅原料流入位于腔室內(nèi)部的冷坩堝內(nèi)并熔化所述硅原料； 使用一次提取裝置使在所述腔室中形成的硅熔液下降和凝固，并對硅錠進(jìn)行一次提?。? 在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及 使用二次提取裝置使凝固的所述硅錠下降并對所述硅錠進(jìn)行二次提取。
12.如權(quán)利要求11所述的硅錠的提取方法，其特征在于，在對硅錠進(jìn)行所述一次提取的步驟之前，還包括， 向所述一次提取裝置提供冷卻水。
13.如權(quán)利要求11所述的硅錠的提取方法，其特征在于，所述進(jìn)行一次提取的步驟以低速提取硅錠，所述進(jìn)行二次提取的步驟以高速提取硅錠。
14.如權(quán)利要求13所述的硅錠的提取方法，其特征在于，所述進(jìn)行一次提取的步驟以.0.5至10. Omm/min的速度進(jìn)行,所述進(jìn)行二次提取的步驟以100至500mm/min的速度進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅錠的提取裝置及方法。本發(fā)明的裝置包括腔室，在所述腔室中引入在冷坩堝中形成的硅融液；一次提取裝置，所述一次提取裝置設(shè)置成相對于所述腔室在垂直方向上可以移動，并且所述一次提取裝置凝固所述硅融液且提取硅錠；移動裝置，所述移動裝置在水平方向上移動所述一次提取裝置；以及二次提取裝置，所述二次提取裝置設(shè)置到在所述腔室的下方使得所述二次提取裝置在垂直方向上可以移動，所述二次提取裝置在所述一次提取裝置橫向移動的狀態(tài)下提取所述硅錠。本發(fā)明具有如下效果通過減小提取裝置的高度，可以降低設(shè)備的制造成本，而且還可以減小設(shè)置提取裝置的空間。
文檔編號H01L21/677GK102770952SQ201080054736
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者南東鉉, 張棋鉉 申請人:株式會社Kcc