[发明专利]一种用于硅铸锭炉的固液界面测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于硅铸锭炉的固液界面测定装置，特别涉及一种用于硅铸锭炉的用以测定熔融硅深度的装置，属于硅铸锭技术领域。

背景技术

太阳能电池用于将光能转换为电能（光伏发电）。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、以非晶硅、多晶硅和单晶硅为材料的太阳能电池；2、以Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体如GaAs、Inp等多元化合物为材料的太阳能电池；3、以铜铟硒（CuInSe₂）为材料生产的太阳能电池；4、以其他材料生产的太阳能电池。太阳能电池对材料的一般要求是：1、半导体的晶带不能太宽；2、要有较高的光电转换效率；3、材料本身对环境不造成污染；4、材料来源广泛，并且材料的性能稳定。综合以上几方面因素考虑，硅材料是最理想的太阳能电池材料。虽然制作太阳电池的材料很多，硅材料因具有易于获得、成本合理，以及它在制作太阳电池时，电学、物理及化学性质方面具有适当的平衡，而被普遍应用于太阳能电池的制备。

目前硅材料中应用最普遍的是晶体硅材料，包括单晶硅和多晶硅，晶体硅太阳能电池最突出的特点是它的稳定高效性。晶体硅材料的制备方法包括：单晶硅的直拉（Czochralski）法和区熔（Floating Zone）法以及多晶硅的定向凝固法（Directional Solidification）。定向凝固法铸造晶体硅可以生产大的晶体硅锭，相对于目前的CZ法和FZ法，其生长工艺过程简单，生产成本低，并且在硅锭开方时可以获得大的方形多晶硅片，降低了下游电池加工过程中的成本。

定向凝固法铸造晶体硅铸造过程中，坩埚中的硅材料可能的存在形式为全部熔融状态、部分熔融部分固态、全部为固态。当硅材料的存在状态是部分熔融部分固态时、在熔融部分和固态部分之间存在固-液界面。在定向凝固法铸造晶体硅工艺中，对于硅材料由固态加热至熔融状态以及由熔融状态冷凝为固态的过程来说，是决定晶体均匀程度的重要因素之一，因此固液界面的监测非常重要。通常对多晶炉内的固态多晶硅高度进行测量，以便计算出长晶速度。

目前，测量固-液界面普遍是采用测量人员插拔石英棒，通过石英棒与固态多晶硅的碰撞来判断熔融状态的硅溶液的深度。即在石英棒旁边竖立一个刻度尺，由测量人员对石英棒的位置在刻度尺上进行读数，通过对所读数值进行分析、计算，从而得出单位时间内石英棒与铸锭炉内的固态多晶硅接触的位置的变化值。采用这种方法，需要测量人员频繁地到铸锭炉的顶上对石英棒的位置在刻度尺上进行读数，并时刻关注石英棒的动向从而及时读取刻度尺上的数值，不仅测量人员的劳动强度大，而且测量准确度难以得到保证。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、测量准确、能降低工作人员劳动强度的用于硅铸锭炉的固液界面测定装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种用于硅铸锭炉的固液界面测定装置，包括：

用于与硅铸锭炉中的固态多晶硅接触的石英棒；

第一活塞杆处于伸出状态的气缸，所述第一活塞杆与所述石英棒连接；

用于驱动所述气缸从而带动所述石英棒上下直线运动的驱动装置；安装于所述气缸的第一活塞杆与所述石英棒之间，用于感应所述石英棒与所述固态多晶硅接触所产生的作用力的压力传感器；

分别与所述驱动装置和所述压力传感器电连接，用于接收所述压力传感器所采集的信号，并根据接收到的所述压力传感器的信号控制所述驱动装置驱动所述石英棒上升或下降的PLC。

作为优选，所述驱动装置为丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构包括步进电机、丝杠和螺母，所述步进电机与所述丝杠连接用于带动所述丝杠转动，所述螺母套设在丝杠上并在所述步进电机驱动所述丝杠转动的同时沿所述丝杠上下移动。

作为优选，所述螺母上固定连接有运动底板，所述气缸的缸体固定在所述运动底板上，并随所述运动底板上下直线运动，所述第一活塞杆的一端连接有连接臂，所述石英棒的上端安装在所述连接臂上。

作为优选，所述运动底板的上端向远离所述驱动装置的一侧延伸出水平的安装板，所述气缸的缸体固定在所述安装板上，所述气缸的第一活塞杆穿过所述安装板；

所述运动底板远离所述驱动装置的一侧设置有导向板，所述导向板上开设有垂直的导向槽，所述气缸的第一活塞杆上设置有与所述导向槽相适配的导向块，所述导向块嵌在所述导向槽内并沿所述导向槽上下直线运动。