一种可提高硅晶体拉速的水冷屏及制备该水冷屏的模具的制作方法

1.本实用新型属于直拉单晶技术领域，尤其是涉及一种可提高硅晶体拉速的水冷屏及制备该水冷屏的模具。


背景技术：

2.太阳能光伏行业的快速发展，对单晶电池片的质量要求越来越高，企业需要不断的进行技术创新，去提高单晶质量及产量，降低单晶拉制的生产成本才能给企业带来最大的经济收益。如何能提高企业硅晶体生产的产量及降低生产成本，可以通过两个方面去改变：第一是增加单晶生产的投料量，第二是加快硅晶体生长速率。直拉式硅晶体生长炉是制备硅晶体材料的主要设备，特别是近几年的单晶炉设备技术革新，本身配套了水冷装置，使硅晶体单位时间内产量、品质越来越高，成本越来越低。但是工艺技术改进的步伐不会减慢，仍然需要不断的优化和改进，现有设备工艺条件下，拉速已达到单晶生长的极限拉速。再通过修改sop强行提高拉速，无疑会造成断苞风险增大，不利于产能提升，想要提升拉速就需要优化现有的设备，以提供更大的温度梯度。
3.目前的水冷装置由316l不锈钢制作，现在的水冷内表面是光滑的直壁，虽然光滑的表面有利于停炉拆清时对水冷屏的清洁，但是水冷屏与单晶换热的面积有限无法充分发挥为晶体降温的作用。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种可提高硅晶体拉速的水冷屏及制备该水冷屏的模具，尤其是适用于直拉单晶时对硅晶体冷却用，解决了现有技术中由于水冷屏内壁面由于散热面积小而导致的单晶热交换效果差而导致硅晶体纵向温度梯度相差少的技术问题。
5.为解决至少一个上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
6.一种可提高硅晶体拉速的水冷屏，包括筒状的内壁面，在所述内壁面上至少部分为曲面，所述曲面靠近水冷屏的下端面一侧设置；所述曲面能够在拉制硅晶体时增加与所述硅晶体接触的换热面积以提高所述硅晶体的纵向温度梯度来提高所述硅晶体的拉速。
7.优选地，所述曲面布满整个所述内壁面设置。
8.进一步的，所述曲面包括设于所述内壁面上的凸点或凹点形成的若干曲线，所述曲线沿所述内壁面径向设置或轴向设置。
9.优选地，当所述曲面为所述曲线沿所述内壁面径向设置时，所述曲线为环形结构或螺旋上升的结构。
10.优选地，当所述曲面为所述曲线沿所述内壁面轴向设置时，所述曲线沿所述内壁面高度竖直设置或绕设于所述内壁面高度偏转设置。
11.优选地，所述曲线相邻紧挨设置或间隔并排设置。
12.优选地，所述曲线沿所述内壁面径向或轴向一体结构或半体结构。
13.优选地，所述凸点或所述凹点为圆形结构或锥形结构或多边形结构。
14.一种模具，用于制备如上任一项所述的水冷屏。
15.进一步的，所述模具包括内模和外模，在所述内模靠近所述水冷屏一侧设有与所述曲面相配合的曲线壁。
16.采用本实用新型设计的一种可提高硅晶体拉速的水冷屏及制备该水冷屏的模具，本实用新型是在水冷屏内侧壁设置若干凹点或凸点的曲线组成的曲面，相比于现有直壁面，可提高水冷屏内壁面与硅晶体的换热面积，从而可增强热交换效率，使单位时间内的水冷可带走更多由硅晶体散发出来的热量，降低了硅晶体的温度，提升硅晶体生长界面处的纵向温度梯度，从而加速硅熔液从液态变为固态的速率，相应地提升硅晶体的拉速，并使硅晶体最高可提速5mm/h，进而达到提升硅晶体拉速的目的。且该曲线结构的内壁面适应于各种尺寸和型号的水冷屏，适普性高；同时，本实用新型的结构较简单，不需要太大的投入，也不需要其他热场件的配合就可以实现增加硅晶体纵向温度梯度的目的，增加了硅晶体的产能，提高硅晶体生产的成品率，降低生产成本，增强行业竞争力。
附图说明
17.图1是曲面布满部分内壁面的水冷屏的结构示意图；
18.图2是曲面布满整个内壁面的水冷屏的结构示意图；
19.图3是凹点形成的曲线结构；
20.图4是图3中a部放大图；
21.图5是其中一个径向设置的一体结构的环形曲线组成的内壁面的结构；
22.图6是其中另一个径向设置的一体结构的环形曲线组成的内壁面的结构；
23.图7是径向设置的半体结构的环形曲线组成的内壁面的结构；
24.图8是径向设置的一体结构的螺旋形曲线组成的内壁面的结构；
25.图9是径向设置的半体结构的螺旋形曲线组成的内壁面的结构；
26.图10是轴向向设置的一体结构的竖直曲线组成的内壁面的的结构；
27.图11是轴向向设置的半体结构的竖直曲线组成的内壁面的的结构；
28.图12是轴向向设置的一体结构的偏转曲线组成的内壁面的的结构；
29.图13是轴向向设置的半体结构的偏转曲线组成的内壁面的的结构。
30.图中：
31.100、水冷屏10、内壁面20、曲面
32.21、曲线
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
34.本实施例提出一种可提高硅晶体拉速的水冷屏100，如图1所示，包括筒状的内壁面10，在内壁面10上至少部分为曲面20结构，其中，曲面20至少位于靠近水冷屏100的下端面一侧的位置设置，这是由于硅晶体越靠近固液界面位置，其表面温度越高，更需要调整其纵向的温度梯度，以使在固液界面附近的换热速率提高。曲面20能够在拉制硅晶体时增加与硅晶体接触的换热面积以提高硅晶体的纵向温度梯度，从而加速硅熔液从液态变为固态的速率，进而提高硅晶体的拉速。优选地，曲面20布满整个内壁面10设置，结构如图2所示。
35.如图3-4所示，曲面20包括设于内壁面10上设置的由若干凸点或凹点形成的多条曲线30，这些凸点可以是凸设于内壁面10上设置的结构，附图省略；或内嵌于内壁面10上设置的结构，如图3所示，其中，凹点的放大图如图4所示。其中，所有凸点或凹点，可以是圆形结构，或者是锥形结构，或者是多边形结构，只要能形成统一结构的曲面点，都可较现有直壁面结构的面积大，也就是可增加与硅晶体外壁面进行热交换的面积。且无论凸点或凹点为何种结构，其形成的曲线21都统一沿内壁面10的径向设置或统一沿内壁面10的轴向设置。且所有凸点或凹点均沿着统一类型的曲线21的长度方向均匀设置，且相邻并排设置的曲线21上的凸点或凹点，可以是纵向同列设置，或者是纵向错位设置，此为本领域的常用排布结构，在此省略。
36.具体地，如图5-9所示，为当曲面20为曲线21沿内壁面10的径向设置时的内壁面10中的曲线21的结构示意图。
37.在本实施例中，曲线21可以为环形结构，所有环形结构的曲线21均是沿内壁面10的径向圆的周缘设置，每一个环形结构的曲线21，沿内壁面10的高度方向可以是相邻紧挨设置，相应地曲线21在内壁面10上的展开图，如图5所示，也就是所有环形结构的曲线21以均匀的间隔距离上下排布设置。或者是间隔若干个高度设置，相应地曲线21在内壁面10上的展开图，如图6所示，也就是曲面20包括若干段密集设置的不同高度段的曲线21。在图5-6中，所有的曲线21均是一体式的结构，也就是封闭式的环形结构曲线21。而环形结构的曲线21，也可以为半体式的结构，即是非封闭式的环形曲线21，其一部分是沿母线的一端顺向设置1/2-3/4的所在环面半径，另一部分是沿母线的一端逆向设置1/2-3/4的所在环面半径，曲线21在内壁面10上的展开图，如图7所示。
38.在本实施例中，曲线21还可以是螺旋上升的结构，如图8-9所示，所有螺旋上升的结构的曲线21均是沿内壁面10的径向圆周均匀设置，且每一个螺旋曲线21沿水冷屏100的高度方向均匀地间隔相邻设置。在本实施例及后续所有附图中，均省略曲线21上的凹点图，仅用凹点的切线连成的螺旋线来示意，后续不再详述。
39.此时，包括一体结构的螺旋形曲线21，即其从内壁面10的底部连续设置到内壁面10的上端面，不间断地均匀排列设置若干凸点或凹点，相应地曲线21在内壁面10上的展开图，如图8所示；或者板体结构的螺旋形曲线21，即一部分是从内壁面10的底部开始向上螺旋地上升一定高度停止，另一部分是从内壁面10的中部位置开始螺旋地上升到内壁面10的上端面，曲线21在内壁面10上的展开图，如图9所示。或者分割式的堆积设置，即其排布如图6所示的类似结构，包括若干段密集均匀间隔设置的不同高度段的曲线21，在此，省略附图。
40.如图10-13所示，为当曲面20是曲线21沿内壁面10的轴向设置时，曲线21是沿内壁面10的高度方向竖直设置或绕设于内壁面10的高度方向偏转设置。
41.具体地，曲线21沿内壁面10母线的高度方向竖直设置，曲线21相邻紧挨着并均匀地沿内壁面10的圆周向设置，此时其结构与图5的结构类似，附图省略；或者沿内壁面10的圆周方向隔断间隔地并排设置，曲线21在内壁面10上的展开图，如图10设置，此时，所有曲线21都是一体式的结构，即从内壁面10的下端面延长至其上端面不间断设置。当然，曲线21在沿内壁面10的母线高度方向竖直设置时，其还可为办提示结构的曲线21，即其高度为内壁面10所在段面高度的一部分，不完全是整段高度，是半体式的结构，其在内壁面10上的展开图，如图11所示，此时，所有半体式结构的曲线21可以沿内壁面10的径向周面上布满设
置；或者沿内壁面10的径向周面上间隔地竖直并排设置，结构类似于图10中的分布，此时省略附图。
42.在本实施例中，曲线21还可以沿内壁面10母线的高度方向偏转设置，也即是，曲线21沿内壁面10母线高度方向上下两端之间的横向偏转量不宜过大，相应地，其一体式结构的偏转结构曲线21在内壁面10上的展开结构，如图12所示，该结构与图8中的螺旋式的曲线21的结构最大的不同是本实施例中的结构仅仅是相对于竖直设置的曲线21在不大于90
°
的空间内扭转而非360
°
角度的旋转。也可以是均匀布满内壁面10，如图12所示，也可以间隔式的设置(附图省略)。当然，对于偏转式的曲线21，亦可为半体式结构的设置，其位于内壁面10上的展开图，部分位于设置在水冷屏100的下段部，部分位于水冷屏100的上段部，且上下两段中的曲线21相互错位设置，其位于内壁面10上的展开图，如图13所示。
43.无论是何种结构的曲线21的排布，当其完全布满内壁面10时，获得的水冷面积最大，从而使得其对硅晶体的换热效果最高，相应地，提高硅晶体的拉速效果最大，与现有技术相比，满面设置的曲面20使硅晶体的提拉速度最高可提5mm/h，可节约拉制时间，从而提高生产效率，降低生产成本。而且，该结构的曲面20可推广适应于任何尺寸以及任何形状的水冷屏100的制造中，适普性高。
44.一种模具，用于制备如上任一项所述的水冷屏100，附图省略。
45.具体地，模具包括内模和外模，在内模中靠近水冷屏100中的内壁面10的一侧设有与曲面20相配合的曲线壁，曲线壁中的凸点与内壁面10上的凹点相适配；或者曲线壁中的凹点与内壁面10上的凸点相适配。由于内壁面10中增加曲面20的结构，需要在制备水冷屏100是，适当增加水冷屏100内壁面10中不锈钢的厚度，具体增加多少，可根据实际情况而定，在此不做具体限制。
46.1、本实用新型设计的一种可提高硅晶体拉速的水冷屏及制备该水冷屏的模具，本实用新型是在水冷屏内侧壁设置若干凹点或凸点的曲线组成的曲面，相比于现有直壁面，可提高水冷屏内壁面与硅晶体的换热面积，从而可增强热交换效率，使单位时间内的水冷可带走更多由硅晶体散发出来的热量，降低了硅晶体的温度，提升硅晶体生长界面处的纵向温度梯度，从而加速硅熔液从液态变为固态的速率，相应地提升硅晶体的拉速，并使硅晶体最高可提速5mm/h，进而达到提升硅晶体拉速的目的。
47.2、本实用新型中曲线结构的内壁面适应于各种尺寸和型号的水冷屏，适普性高；同时，本实用新型的结构较简单，不需要太大的投入，也不需要其他热场件的配合就可以实现增加硅晶体纵向温度梯度的目的，增加了硅晶体的产能，提高硅晶体生产的成品率，降低生产成本，增强行业竞争力。
48.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。