水冷屏和单晶硅生长炉

【技术领域】

本发明涉及单晶硅生产技术领域，尤其涉及一种应用单晶硅生产的水冷屏和单晶硅生长炉。

【背景技术】

随着新能源材料越来越多人使用，太阳能作为绿色能源收到越来越多人们的重视和应用。大阳能电池用单晶硅材料，单晶硅的生产成本成为大阳能电池能否具有竞争优势的重要因素。其中，单晶硅生产中的生长速度成为一个瓶颈。单晶硅生产主要使用直拉法通过单晶炉拉制单晶硅棒。正常拉速只有0.8毫米/分钟,为了提高硅晶体生长速度，通常在硅晶体的根部位置使用水冷屏，快速带走热量，就可以将拉速提高到1.4毫米/分钟。

目前，相关技术的水冷屏包括由内外不锈钢制成的套筒和由所述套筒内设隔水条，所述隔水条通水冷却所述套筒的单晶硅。其中，水冷屏的内外面均为弯曲平面。

然而，相关技术的水冷屏的内外面均为弯曲平面，也就是水冷屏的表面内外壁都是平面的，造成热量交换速度受限。由于水冷屏的工作原理主要是通过热量交换方法快速带走晶体根部的热量，从而加快晶体的生长速度。但是，在单晶炉内空间十分紧张的情况下，不可能大幅加大水冷的套筒体积，从而很难大幅提高晶体生长速度。

因此，实有必要提供一种新的水冷屏和单晶硅生长炉解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种吸热表面积大，热交换效果佳，有效地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速的水冷屏和单晶硅生长炉。

为了实现上述目的，本发明提供一种水冷屏，其应用于真空环境下将待生长的单晶硅棒降温，所述水冷屏包括呈中空的金属管，所述金属管内用于填充冷却液，所述金属管沿同一轴向依次盘旋绕设形成具有收容空间且两端开口的套筒，所述收容空间用于收容所述单晶硅棒，且所述金属管与收容的所述单晶硅棒间隔设置；所述金属管的两端至少部分由所述套筒延伸至其外部，使得所述冷却液由所述金属管的一端流入，并沿所述金属管盘旋后由其另一端流出，以冷却收容于所述收容空间内的所述单晶硅棒。

更优的，所述金属管为不锈钢材料制成，所述冷却液为水。

更优的，所述金属管可在真空环境下保持密封，所述金属管的耐热温度大于1000摄氏度。

更优的，所述套筒呈柱形结构；所述套筒一端的开口为前端，与所述前端相对的一端的开口为后端，所述套筒沿所述轴向由所述前端向所述后端的直径逐渐变小。

更优的，所述金属管包括沿所述套筒的轴向依次盘旋绕设成的盘旋部和由所述盘旋部分别延伸至所述前端的第一端部和第二端部，所述第一端部为所述盘旋部由所述前端向远离所述盘旋部方向弯折延伸形成；所述第二端部为所述盘旋部由所述后端穿过所述收容空间至所述前端后，且向远离所述盘旋部方向弯折延伸形成；所述盘旋部形成所述套筒。

更优的，所述第二端部由所述后端穿过所述收容空间至所述前端的部分抵接于所述套筒内壁。

更优的，所述第一端部包括由位于所述前端的所述盘旋部向远离所述后端的方向弯折延伸的第一段、由所述第一段向远离所述套筒的轴心的方向弯折延伸的第二段以及由所述第二段远离所述轴心方向弯折延伸的第三段；所述第二端部包括由位于所述后端的所述盘旋部沿所述后端向所述前端的方向弯折延伸的第四段、由所述第四段向远离所述套筒的轴心的方向弯折延伸的第五段以及由所述第五段远离所述轴心方向弯折延伸的第六段，所述第四段部分抵接于所述套筒内壁。

更优的，所述水冷屏还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门设置于所述第一端部，所述第二阀门设置于所述第二端部。

更优的，所述金属管的两端分别沿所述套筒的轴向对称设置。

本发明还提供一种单晶硅生长炉，包括炉体和安装于所述炉体内部的所述水冷屏。

与相关技术相比，本发明的水冷屏和单晶硅生长炉通过将金属管沿同一轴向依次盘旋绕设形成具有收容空间且两端开口的套筒，将待生长的单晶硅棒收容于收容空间内，再通过金属管内的冷却液从金属管的一端流入，并沿金属管盘旋后由其另一端流出，以冷却收容于收容空间内的单晶硅棒。该结构使得套筒通过吸收辐射热量的吸热表面积大，热交换效果佳，有效地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明水冷屏的立体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请同时参阅图1～3所示，本发明提供一种水冷屏100，所述水冷屏100应用于真空环境下将待生长的单晶硅棒(图未示)降温。

所述水冷屏100包括呈中空的金属管1。所述金属管1内用于填充的冷却液(图未示)。其中，所述金属管1可在真空环境下保持密封。所述金属管1的耐热温度大于1000摄氏度。在本实施方式中，所述金属管1为不锈钢材料制成。不锈钢材料制成所述金属管1具有耐压力强度大，热吸收能力大的优点，该材料非常适宜用于制作所述金属管1。所述冷却液为水。

所述金属管1沿同一轴向X依次盘旋绕设形成具有收容空间10且两端开口的套筒2。所述收容空间10用于收容所述单晶硅棒。具体的，所述收容空间10用于将所述单晶硅棒部分收容于其内。且收容的所述单晶硅棒与所述金属管1间隔设置，该结构使所述单晶硅棒与所述金属管1形成热耦合。所述套筒2的两个端口直径尺寸大小大于所述单晶硅棒的直径大小，以使所述单晶硅棒沿所述套筒2的轴向X方向穿过所述收容空间10成型。也就是说，真空环境下，所述套筒2形成的所述收容空间10用于收容较高温度的所述单晶硅棒，并通过其内部吸收所述单晶硅棒辐射热量。所述金属管1形成的所述套筒2结构有利于快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速，从而使所述单晶硅棒成型。

所述金属管1的两端至少部分由所述套筒2延伸至其外部。该结构使得所述冷却液由所述金属管1的一端流入，并沿所述金属管1盘旋后由其另一端流出，以冷却收容于所述收容空间10内的所述单晶硅棒。更优的，所述金属管1的两端分别沿所述套筒2的轴向X对称设置。该结构使所述水冷屏100的流动的所述冷却液将所述金属管1在所述收容空间10内吸收的所述单晶硅棒辐射热量快速带走，从而实现快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速，从而使所述单晶硅棒成型。

在本实施方式中，所述套筒2呈柱形结构。也就是说，所述金属管1沿同一所述套筒2的轴向X依次盘旋成圆形绕设形成所述套筒2。圆形的套筒有利于生产制造，也有利于吸收所述单晶硅棒辐射热量。当然，所述套筒2不限于圆形，其他性质，比如椭圆形、正方形、三角形等都可以使用。

为了更好说明所述套筒2的结构，定义所述套筒2一端的开口为前端F，其另一端的开口为后端B。在本实施方式中，所述套筒2沿所述套筒2的轴向X由所述前端F向所述后端B的直径逐渐变小。该结构有利于使所述套筒2与收容于所述收容空间10内的所述单晶硅棒的形状配合，从而使所述金属管1与所述单晶硅棒的距离较佳，所述套筒2就可以更好吸收辐射热量，热交换效果佳，可快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速，从而使所述单晶硅棒成型。

在本实施方式中，所述套筒2的绕制结构为通过一根所述金属管1实现：所述金属管1包括沿所述套筒2的轴向X依次盘旋绕设成的盘旋部11和由所述盘旋部11分别延伸至所述前端F的第一端部12和第二端部13。

所述第一端部12为所述盘旋部11由所述前端F向远离所述盘旋部11方向弯折延伸形成。具体的，所述第一端部12包括由位于所述前端F的所述盘旋部11向远离所述后端B的方向弯折延伸的第一段121、由所述第一段121向远离所述套筒2的轴心的方向弯折延伸的第二段122以及由所述第二段122远离所述轴心方向弯折延伸的第三段123。

所述第二端部13为所述盘旋部11由所述后端B穿过所述收容空间10至所述前端F后，且向远离所述盘旋部11方向弯折延伸形成。具体的，所述第二端部13包括由位于所述后端B的所述盘旋部11沿所述后端B向所述前端F的方向弯折延伸的第四段131、由所述第四段131向远离所述套筒2的轴心的方向弯折延伸的第五段132以及由所述第五段133远离所述轴心方向弯折延伸的第六段134。其中，所述第四段131部分抵接于所述套筒2内壁。所述第一端部12和所述第二端部13使所述水冷屏100的流动的所述冷却液将所述金属管1在所述收容空间10内吸收的所述单晶硅棒辐射热量快速带走，从而实现快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速。

所述第二端部13由所述后端B穿过所述收容空间10至所述前端F的部分抵接于所述套筒2内壁。该结构使所述收容空间10的体积更大，还可以使所述金属管1穿过所述收容空间10的部分可以通过所述冷却液快速将吸收的所述单晶硅棒辐射热量快速带走，从而实现快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速，从而使所述单晶硅棒成型。

所述盘旋部11形成所述套筒2。所述盘旋部11可以更好吸收辐射热量，热交换效果佳，可快速地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速。

本实施例的所述水冷屏100的结构，使与相关技术的冷水屏相比，本实施例的所述水冷屏100将同样尺寸大小的水冷屏的热量交换表面积提高π/2倍，也就是说本实施例的所述水冷屏100吸收辐射热量的吸热表面积大，从而达到明显改善热交换效果，达到提高晶体拉速的效果。

为了更好控制所述套筒2内的待生长的单晶硅棒的温度，可以精确控制其温度，所述水冷屏100还包括第一阀门3和第二阀门4。所述第一阀门3设置于所述第一端部12，所述第二阀门4设置于所述第二端部13。在本实施方式中，所述第一阀门4设置于所述第二段122，所述第二阀门4设置于所述第五段133。

本发明还提供一种单晶硅生长炉(未图示)，所述单晶硅生长炉包括炉体和安装于所述炉体内部的所述水冷屏100。

与相关技术相比，本发明的水冷屏和单晶硅生长炉通过将金属管沿同一轴向依次盘旋绕设形成具有收容空间且两端开口的套筒，将待生长的单晶硅棒收容于收容空间内，再通过金属管内的冷却液从金属管的一端流入，并沿金属管盘旋后由其另一端流出，以冷却收容于收容空间内的单晶硅棒。该结构使得套筒通过吸收辐射热量的吸热表面积大，热交换效果佳，有效地将待生长的单晶硅棒降温，提高晶体生长的拉速。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。