[发明专利]一种单晶炉在线掺杂装置

说明书

技术领域

本发明涉及单晶生长中添加掺杂材料领域，具体涉及一种单晶炉在线掺杂装置。 

背景技术

直拉法生产易挥发掺杂元素单晶硅所用的掺杂方法主要包括共熔法和投入法。共熔法是将掺杂物质与多晶硅一起放在石英坩埚内熔化。投入法是将多晶硅在石英坩埚内完全熔化后，将掺杂物质通过特制装置熔入硅中，以达到掺杂的目的。在实际掺杂中根据掺杂元素的特性差异，将掺杂分为气相掺杂和液相掺杂。例如，掺杂砷、磷等元素时，由于砷、磷等元素气化点低，容易挥发，通常采用气相掺杂的方式进行。目前气相掺杂所使用的掺杂装置主要是钟罩式结构，在钟罩内部悬挂一个盛装有掺杂元素的容器，掺杂时钟罩下降并接近熔硅，依靠熔硅的辐射热将掺杂元素气化，气化后的掺杂元素在钟罩内与熔硅表面接触。使用以上装置进行气相掺杂时，由于钟罩底部与熔硅不接触，气化后的大部分掺杂元素蒸气将会通过钟罩底部与熔硅液面的缝隙被真空泵抽走，严重影响了掺杂效果和产品质量，并且掺杂工艺的可控性较低。为避免掺杂元素的流失，现有技术将掺杂装置的下部设计成滴管型式并插入熔硅中进行掺杂，但由于掺杂结束后，滴管空腔内压力急剧减小，熔硅被倒吸进滴管和掺杂装置内，极易发生熔硅凝固涨裂掺杂装置的情况。另外，钟罩式悬挂掺杂装置只能在拉制单晶前进行掺杂，拉制过程中无法进行掺杂，随着单晶炉内因拉伸而造成的高温负压环境不断增强，溶解在熔硅内的气相掺杂物质很容易挥发，掺杂物质不断减少致使掺杂无法进行。 

综上所述，现有技术在直拉法生产单晶硅过程中存在的掺杂效果不佳、掺杂过程可控性差和无法在拉伸过程中实现实时掺杂等问题。

发明内容

针对现有技术中掺杂效果不佳、掺杂过程可控性差和无法在线实时掺杂的不足，本发明提供了一种操作简便、工作安全可靠的单晶炉在线掺杂装置，增加了掺杂元素与熔硅的接触时间，实现了实时掺杂，适用于直拉法拉伸单晶硅，为提高太阳能光伏电池的制造技术和工作性能提供了可靠的技术支持。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种单晶炉在线掺杂装置，包括料仓机构、输送机构和控制机构。料仓机构与输送机构相连，控制机构与料仓机构和输送机构相连并控制料仓机构和输送机构的工作。输送机构安装在单晶炉炉盖上并通过单晶炉上的安装座孔与单晶炉内部连通。

具体的，料仓机构包括中空的料仓外壳、料仓门、料仓密封机构、料仓、U型出料管、集料漏斗、料仓电机和落料减速管。料仓外壳内部设置有能够自由转动的料仓和与料仓连通的U型出料管，料仓外壳的下部设置有集料漏斗，集料漏斗下部与落料减速管相连通。料仓门与料仓外壳连接并能够自由开合。密封料仓外壳上设置有料仓密封机构，料仓密封机构与料仓门相适配。料仓电机设置在料仓外壳上并带动料仓转动。

具体的，输送机构包括输送机构外壳、设有出气孔的石英输料管、止回阀、卷扬机和输送减速机。输送机构外壳的上部设置有卷扬机和与卷扬机相连的输送减速机以及电机，输送机构外壳的侧壁上设置有用于安装落料减速管的开口。卷扬机的不锈钢绳索与石英输料管相连，石英输料管上设置有止回阀。输送减速机设置在输送机构外壳上并带动卷扬机转动。

具体的，控制机构包括显示屏、信号输入装置、开关装置和控制模块。电能通过开关装置加载到控制模块、显示屏和信号输入装置上，信号输入装置和控制模块分别与显示屏连接；输入信号通过信号输入装置传输至控制模块上，控制模块响应输入信号并发出控制信号，料仓电机和输送减速机接收并执行控制信号。

具体的，石英输料管的出气孔设置在其下部的侧壁上。

具体的，输送机构还包括输料轨道和与输料轨道相配合的滑块。输料轨道设置在输送机构外壳的内部并与输送机构外壳相连接。滑块连接在石英输料管和卷扬机之间。

具体的，输送机构中输料轨道上设置有终点/零点限位。

具体的，料仓机构设置有氩气充气口，氩气充气口设置在料仓外壳或料仓门上。

具体的，料仓机构设置有观察窗，观察窗设置在料仓外壳或料仓门上。