[发明专利]一种空心硅芯及其硅芯组件

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种多晶硅生产过程中使用的硅芯，具体说涉及一种空心硅芯及其组件。

【背景技术】

随着光伏（PV）行业的发展，多晶硅的使用量在逐渐增大。生产多晶硅时，多数是利用还原炉进行多晶硅的还原生产，即通过化学气相沉积（CVD）法在硅芯的表面沉积多晶硅。在现有技术中，首先将三根实心圆硅芯或方硅芯搭接成“Π”字形结构，然后在还原炉内进行还原反应。所述还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的。先在还原炉内用硅芯搭接成若干“Π”字形结构的闭合回路，即进行“搭桥”。每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成。将闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底的两个电极上，两个电极分别连接直流电源的正负极。

为了便于描述，在本发明中将这种按照“Π”字形结构搭接好的硅芯组合体称作“硅芯组件”。

将一个或多个硅芯组件放置在还原炉内，利用直流电对硅芯进行加热，加热中每一组搭接好的硅芯组件即相当于一个大电阻。继而向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行多晶硅的沉积。在还原炉内多晶硅会逐渐沉积在硅芯的表面形成多晶硅棒。多晶硅棒经过破碎后再利用直拉炉拉制成单晶硅棒。

现有技术在搭接硅芯组件时，通常使用的硅芯为直径8mm左右的实心圆硅芯或用硅锭经线切割形成的10×10 mm的方硅芯。在还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积会越来越大，反应气体分子对沉积面（硅芯表面）的碰撞机会和数量也会随之增加。当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多。因此在搭接硅芯组件时，所使用硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高。相对而言，使用大硅芯不仅可以提高多晶硅还原时的生产效率，同时也可以降低生产成本。

为此，本申请人也曾试图采用大直径的实心硅芯。大直径的实心硅芯固然可以提高还原过程的生产率，但大直径硅芯的拉制却也存在生产效率低下的问题。硅芯的直径越大，其拉制也越发困难，并且在炉内一次拉制的根数也受到限制。此外，采用大直径的实心硅芯还存在不便运输、搭接后击穿难度大等问题。

为了提高多晶硅的生产效率，美国GT太阳能公司在其专利号为200780015406.5、名称为“在化学气相沉积反应器中提高的多晶硅沉积”的专利文献中公开了一种横截面为圆形的空心硅芯，用直径为50毫米的管状硅丝替代传统的细棒，从而提高产量。该文件的全部内容在本专利中被用作参考。

采用上述专利的这种空心硅芯虽然可以解决现有技术中的部分问题，但由于空心硅芯的拉制存在困难，故目前尚未见大规模实施。

【发明内容】

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种组合式空心硅芯及其硅芯组件。本发明无需预先拉制空心硅芯，只需拉制出常规的硅板或硅棒，然后将切割好的硅板或硅棒组合成适宜的几何形状即可获得所需形状的空心硅芯。该硅芯既具有较大的周向尺寸、同时又兼具空心的特点，从而既保持了现有技术中空心硅芯的优点，又解决了拉制空心硅芯所面临的困难。从而提高了多晶硅的拉制效率、降低了生产成本。

本发明的技术方案如下：

一种空心硅芯，该硅芯用若干硅条拼接而成。所述的硅条可以是横截面为正方形或矩形的硅条，也可以是横截面为圆形或椭圆形的硅棒。

所述的拼接可以是首尾相连、也可以保留一定的间隙，该间隙在结晶过程中逐渐被弥合。

拼接而成的空心硅芯，其横截面形状可以是空心的多边形，也可以是空心的圆形。所述的多边形可以是正多边形，也可以是其它多边形；所述多边形可以是三角形、正方形、长方形、平行四边形、菱形、五角星形、六边形等。

本发明还公开了一种硅芯组件，该硅芯组件除了包括上述拼接的空心硅芯外，还包括硅芯的上锁紧机构和下锁紧机构。借助于上、下锁紧机构将拼接起来的空心硅芯固定住，并导通电流。

下锁紧机构可以由一固定座构成，固定座的外周形状与空心硅芯的横截面形状相匹配。沿着固定座的外周面垂直放置多根硅条，相邻的硅条可以首尾相连、也可以留有一定的间隙，该间隙在结晶过程中会逐渐弥合。再在硅条的外侧安装一硅条固定套，由此将硅条的下端固定在固定座上。

固定座的下部端可以为向外延伸的凸台，使固定座呈台阶状，凸台的上表面构成硅板下端的限位面。

所述固定套的外周形状可以为圆形、方形、三角形等。

在硅条固定套的外缘面上可以加设顶紧螺栓，将硅条加紧。

也可以在固定座上表面开设若干孔或凹槽，其组合后的形状与空心硅芯的横截面形状相匹配。

上述的孔或凹槽也可以设置在一附加的板材上，其可以是盲孔也可以是通孔。