[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硅芯组件。

【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个电极上，两个电极分别连接直流电源的正负极。

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。

针对上述问题，本申请人于2016年1月6日曾提交一份在先专利申请，申请号为201610002833.0，该申请公开了一种利用板状或圆柱状硅条组成空心硅芯及其组合件的技术方案，本发明是对该在先申请的补充。

【发明内容】

对于硅板的拉制而言，拉制空心硅条比较困难，但拉制异形截面的硅板并不困难。据此，针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种由异形硅板组合而成的空心硅芯及其硅芯组件。

本发明无需预先拉制空心硅芯，只需拉制出异形硅板，然后将异形硅板组合成适宜的几何形状即可获得所需形状的空心硅芯。该硅芯具有较大的周向尺寸，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，该硅芯由两根或两根以上的硅板拼接而成，该空心硅芯由两根或两根以上的异形硅板拼合而成。

所述异形，是指硅板的横截面为非平面型的，例如“L”形或圆弧形，而所谓“L”形其两边长度不一定相同、及其夹角也不一定为90度，两者可以根据所需拼接的形状进行调整。

所述拼合方式是可以是相互连接的，或者相互间留有间隙，该间隙在结晶过程中被逐渐弥合。

所述拼接而成的空心硅芯其横截面形状是空心的多边形或是空心的圆形。

所述的多边形可以为正三角形、正方形、长方形、平行四边形、菱形、正五边形或正六边形。

本发明还提供了一种硅芯组件，该硅芯组件由硅芯及上锁紧机构和下锁紧机构组成，所述的硅芯为空心硅芯，该空心硅芯由两根或两根以上的异形硅板拼合而成。

所述的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，若干竖硅板沿着固定座的外周面垂直放置，竖硅板的外侧安装有固定套，将竖硅板的下端固定在固定座上。

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