[发明专利]一种低能耗单晶炉

说明书

技术领域

本发明涉及单晶炉技术领域，特别是一种低能耗单晶炉。

背景技术

直拉单晶法是目前普遍采用的一种单晶生长技术，它是将多晶硅放入石英坩锅,在单晶炉内利用加热器将硅原料熔化,然后用一根设定晶向的籽晶与熔体充分熔接后慢慢向上提拉籽晶,拉制出完整的圆柱形单晶棒。拉制单晶是一个费时，耗能的过程。以目前国内拉制8英寸晶棒为例，国内普遍采用22英寸热场，投料110-120KG，拉制周期通常在50-60小时，平均等径功率通常在55-65kW之间。近年来，随作太阳能行业生产成本压力的增加，越来越多的生产厂家采用更大尺寸的热场以增加投料量，提高生产效率以实现降低拉晶成本的目的。例如，目前国内开始推广的24英寸热场，一次投料量可达140-150KG，拉制周期在60小时左右，平均等径功率通常在65-75kW之间。国外报道的最好水平在45-50kW左右。

中国实用新型专利CN202401160U公开了一种直拉单晶炉，包括晶体提升电机、坩埚转动电机、炉壳、石英坩埚、石墨坩埚和加热器，晶体提升电机设置在炉壳上端，坩埚转动电机设置在炉壳底端，坩埚转动电机位于炉壳内的顶端上设有坩埚托盘，石英坩埚、石墨坩埚和加热器三者从内到外依次套接结构置于炉壳内，加热器固定在炉壳底端上，石墨坩埚固定在坩埚托板上，在石英坩埚与石墨坩埚之间垫有石墨纸。该实用新型提供的直拉单晶炉，将石墨坩埚和石英坩埚用石墨纸隔离开，使一氧化碳直接侵蚀的是石墨纸，能够减少一氧化硅和石英坩埚直接对石墨坩埚的侵蚀，只要定期跟换石墨纸就可以使石墨坩埚的使用寿命提高一至二倍左右，大幅度降低生产成本；但是，此实用新型没有降低能耗，能源消耗大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题提供一种低能耗、大尺寸的直拉式单晶炉。

为解决上述的技术问题，本发明的一种低能耗单晶炉，包括炉体和加热器，所述炉体内下端设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚底部固定有托杆机构；所述石墨坩埚上部设置有热屏，所述热屏包括内、外石墨导流筒，所述内、外石墨导流筒之间设置为均匀厚度的绝热层，所述内、外石墨导流筒和绝热层形成三明治结构；所述石墨坩埚外侧设置有加热器。

进一步的，所述托杆机构包括坩埚托杆和固定在坩埚托杆顶端的坩埚托盘，所述坩埚托盘固定在石墨坩埚底部；所述坩埚托杆底端伸出炉体，所述坩埚托杆外侧套有托杆托套。

进一步的，所述热屏上端外侧固定有石墨盖。

更进一步的，所述加热器与炉体之间设置有固化碳毡保温层。

进一步的，所述炉体底部内侧设置有热反射层。

更进一步的，所述热反射层为石墨碳毡。

采用上述结构后，本发明特有的导流机构能够有效地阻止热量通过热屏向上炉腔和晶体的转递，显著地降低拉晶能耗；同时该结构还能在一定程度上增加固液界面的温度梯度，从而提高拉晶速度。另外，通过固化碳毡保温层，有效得阻断了热量从加热器通过石墨盖向炉腔上部的传递。

附图说明

下面将结合附图和具体实施方式对本作进一步详细的说明。

图1为本发明一种低能耗单晶炉的结构示意图。

图中：1为炉体，2为石墨坩埚，3为坩埚托盘，4为坩埚托杆，5为托杆托套，6为加热器，7为内石墨导流筒，8为外石墨导流筒，9为绝热层，10为固化碳毡保温层，11为热反射层，12为石墨盖

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种低能耗单晶炉，包括炉体1和加热器9，所述炉体内下端设置有石墨坩埚2，所述石墨坩埚2底部固定有托杆机构。所述石墨坩埚2上部设置有热屏，所述热屏包括内石墨导流筒7和外石墨导流筒8，所述内、外石墨导流筒之间设置为均匀厚度的绝热层6，所述内、外石墨导流筒和绝热层9形成三明治结构，所述石墨坩埚2外侧设置有加热器6。本发明采用独特的热屏形状设计，该设计同时考虑了绝热和气流的优化。该热屏的特点是在内，外石墨导流筒之间保证有一定均匀厚度的绝热层(一种特殊的三明治结构)。该结构能有效地阻止热量通过热屏向上炉腔和晶体的转递，显著地降低拉晶能耗。同时该结构还能在一定程度上增加固液界面的温度梯度，从而提高拉晶速度。

进一步的，所述托杆机构包括坩埚托杆4和固定在坩埚托杆4顶端的坩埚托盘3，所述坩埚托盘3固定在石墨坩埚2底部；所述坩埚托杆4底端伸出炉体1，所述坩埚托杆4外侧套有托杆托套5。

进一步的，为了减少热量的流失，降低能耗，所述热屏上端外侧固定有石墨盖12。

进一步的，所述加热器6与炉体1之间设置有固化碳毡保温层10，新增的固化碳毡保温层，有效得阻断了热量从加热器通过石墨盖向炉腔上部的传递。