一种单晶硅棒的生产方法

技术领域

本申请涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种单晶硅棒的生产方法。

背景技术

在多棒的拉制过程中，由于硅料中掺杂元素分凝系数的不同，当拉制一定棒数的硅料后，坩埚内剩余硅料的量越来越多，导致单晶硅棒的电阻率急剧降低，严重影响成晶品质，此时则不再提断晶棒，直接做拉料处理，作为尾棒直接拉制完毕后停止单晶炉工作。由于尾棒的结构强度差，在单晶炉冷却过程以及工作人员拆炉取棒过程中容易发生断裂掉落，造成热场石墨件的损坏，同时给拆炉取棒的工作人员的人身安全造成了威胁。

因此，如何在进行尾棒拉料处理时，拆炉取棒过程中降低发生断裂掉落的概率是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

基于此，提供一种单晶硅棒的生产方法，解决如何在进行尾棒拉料处理时，拆炉取棒过程中降低发生断裂掉落的概率的问题。

一方面，提供一种单晶硅棒的生产方法，所述单晶硅棒的生产方法包括：根据已经完成拉制单晶硅棒的棒次数量、坩埚内剩余硅料量以及拉制过程中断棱线次数来综合判断是否进行尾棒拉料处理，所述尾棒为进行最后一次拉制的硅棒；当判断为是，则进行所述尾棒拉料处理，其中，所述尾棒拉料处理包括：降低拉制所述尾棒的速度至第一预设速度；对坩埚内的剩余硅料的重量进行检测，当所述重量小于或等于预设重量时，对所述尾棒进行提断；分两步停止单晶炉的加热器工作；将所述尾棒取出。

在其中一个实施例中，所述判断是否进行尾棒拉料处理，包括：当已经完成拉制的单晶硅棒的棒次数量超过预设棒次，所述单晶硅棒的拉制过程中出现断棱线的次数超过预设次数，且在等径过程中所述坩埚内剩余硅料小于或等于预设量时，则判定进行所述尾棒拉料处理。

在其中一个实施例中，所述将拉制所述尾棒的速度降至第一预设速度，包括：将等径功率升高第一预设功率，直至拉制所述尾棒的速度降至第一预设速度。

在其中一个实施例中，所述第一预设速度为1.0mm/min到1.10mm/min。

在其中一个实施例中，所述预设重量为40-70kg。

在其中一个实施例中，所述对所述尾棒进行提断，包括：将所述坩埚下降预设高度，以对所述尾棒进行提断。

在其中一个实施例中，所述分两步停止单晶炉的加热器工作，包括：第一步，在所述坩埚下降预设高度后，将所述主加热器的功率降至第二预设功率，并且所述单晶炉的底加热器停止工作，以第二预设速度提拉尾棒；第二步，当所述坩埚中剩余的硅料结晶后，停止所述主加热器工作。

在其中一个实施例中，所述第二预设速度大于所述第一预设速度。

在其中一个实施例中，将所述尾棒取出包括：当所述尾棒进入水冷屏后，以第三预设速度将尾棒拉至副室筒内，并关闭隔离阀；对所述副室进行常压操作，并直接将尾棒从副室筒取出。

在其中一个实施例中，所述第三预设速度大于所述第二预设速度。

上述的单晶硅棒的生产方法中，通过降低拉制所述尾棒的速度至第一预设速度，以增强尾棒的结构强度，从而减少断裂；通过对坩埚内的剩余硅料的重量进行检测，当所述重量小于或等于预设重量时，对所述尾棒进行提断，以保证尾棒提断后，单晶炉内的温度及尾棒的温度的下降在一定的范围内，从而减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度。同时，通过分两步停止主加热器工作，能够延长坩埚内硅料结晶释放时间，保证炉内温度的一致性及尾棒的温度下降在一定范围，减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度，大大降低了尾棒在单晶炉冷却过程中及拆炉取棒过程中发生断裂掉落的数量比，减少了热场石墨件的非正常损耗，降低了生产成本，保障了安全生产。

附图说明

图1为本申请实施例公开的一种单晶硅棒的生产方法的流程示意图；

图2为图1所示生产方法中步骤S20的流程示意图；

图3为图2所示生产方法中步骤S23的流程示意图。

附图标记说明：

S10-S20-单晶硅棒的生产方法的步骤；

S21-S24-尾棒拉料处理的步骤；

S231-S232-分两步停止单晶炉的加热器工作的步骤。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在多棒的拉制过程中，由于硅料中掺杂元素分凝系数的不同，当拉制一定棒数的硅料后，坩埚内剩余硅料的量越来越多，导致单晶硅棒的电阻率急剧降低，严重影响成晶品质，此时则不再提断晶棒，直接做拉料处理，作为尾棒直接拉制完毕后停止单晶炉工作。由于尾棒的结构强度差，在单晶炉冷却过程以及工作人员拆炉取棒过程中容易发生断裂掉落，造成热场石墨件的损坏，同时给拆炉取棒的工作人员的人身安全造成了威胁。因此，如何在进行尾棒拉料处理时，拆炉取棒过程中降低发生断裂掉落的概率是本领域技术人员亟需解决的问题。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，可以解决如何在进行尾棒拉料处理时，拆炉取棒过程中降低发生断裂掉落的概率的问题，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

本申请方案的详细阐述一种单晶硅棒的生产方法。

请参阅图1，其为本申请实施例公开的一种单晶硅棒的生产方法的流程示意图。在本申请实施方式中，所述单晶硅棒的生产方法的流程至少包括以下步骤。

S10、根据已经完成的棒次数量、坩埚内剩余硅料量以及拉制过程中断棱线次数来综合判断是否进行尾棒拉料处理，所述尾棒为进行最后一次拉制的硅棒。

具体地，当已经完成拉制的单晶硅棒的棒次数量超过预设棒次，所述单晶硅棒的拉制过程中出现断棱线的次数超过预设次数，且在等径过程中所述坩埚内剩余硅料小于或等于预设量时，则判定进行所述尾棒拉料处理。

在单晶炉内完成预设棒次的所述单晶硅棒拉制工艺之后，由于坩埚内硅料中掺杂元素的分凝系数的原因，会产生成晶困难的情况，此时在已经完成预设棒次的拉制后，根据掺杂元素的单晶硅棒的固化率、坩埚内剩余硅料量以及断棱线的次数来综合判断单晶品质不能满足使用，需要进行尾棒拉制处理，例如，对于掺镓的单晶硅棒来说，当已经拉制9棒次的单晶硅棒后，发现所述单晶硅棒的拉制过程中出现断棱线的次数超过5次，且在等径过程中所述坩埚内剩余硅料小于或等于40％时，则判定进行所述尾棒拉料处理(也即为把坩埚内剩余的硅料拉制成多晶硅棒，再作为投炉料使用。)

当已经完成拉制9棒次之后，由于掺杂元素的分凝系数的影响，导致成晶困难，此时在拉晶过程中会出现断棱线现象，此时会通过多次成晶尝试，当尝试5次之后，仍然不能成晶，则说明坩埚内的剩余硅料已经不满足单晶硅棒的品质要求。然后在结合掺杂元素的固化率来综合判断是否达到拉制尾棒的条件。

由于掺杂元素镓的分凝系数为0.008，使得掺镓单晶硅的固化率大概为60％，也即为坩埚内剩余硅料为40％，坩埚内剩余的40％硅料拉出的单晶的品质已不能拉制出符合品质要求的单晶硅棒，所以只能作为投炉料使用。

S20、当判断为是，则进行所述尾棒拉料处理。

请参阅图2，在本申请实施方式中，所述步骤S20至少包括以下步骤。

S21、降低拉制所述尾棒的速度至第一预设速度。

在本申请实施方式中，将等径功率升高第一预设功率，直至拉制所述尾棒的速度降至第一预设速度。具体地，由于升高等径功率可以提高固液生长界面的温度，通过固液生长界面温度的升高降低了尾棒的生长速度，因尾棒直径设定无变化，实际拉速就会降低来达到按设定直径生长的目的，从而达到了降低拉制速度的目的。具体地，分三步将等径功率升高第一预设功率，从52kw左右升高到54kw左右，直至拉制尾棒的速度下降至第一预设速度，以增强尾棒的结构强度，从而减少断裂。当拉制尾棒的速度小于第一预设速度时，会造成拉料工时的极大延长，严重影响单晶炉的产能。

在本申请实施方式中，第一预设功率为2kw，第一预设速度为1.0mm/min到1.10mm/min，具体地，第一预设速度例如可以是1.0mm/min、1.02mm/min、1.05mm/min、1.07mm/min、1.09mm/min、1.10mm/min。

S22、对坩埚内的剩余硅料的重量进行检测，当所述重量小于或等于预设重量时，对所述尾棒进行提断。

在本申请实施方式中，对坩埚内的剩余硅料的重量进行检测，当坩埚内的剩余硅料的重量小于或等于预设重量时，对尾棒进行提断，以保证尾棒提断后，单晶炉内的温度及尾棒的温度的下降在一定的范围内，从而减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度。当坩埚内的剩余硅料的重量大于预设重量时，对尾棒进行提断，会存在很多问题，例如：第一，会造成硅料的严重浪费，坩埚中剩余的硅料会形成埚底料，埚底料的处理成本远高于晶棒；第二，会严重影响坩埚使用寿命，当硅液冷却时，体积会膨胀，坩埚内的剩余硅料的重量大于预设重量，膨胀的固体硅会使得坩埚涨裂；第三，由于坩埚内的剩余硅料的重量大于预设重量，硅料较多，停炉后冷却较慢，导致冷却时间延长，影响单晶炉的产能；第四，拆炉时热场的温度会相对较高，从而加速热场的老化速度，缩短热场的使用寿命，增加生产成本。当坩埚内的剩余硅料的重量过小时，对尾棒进行提断操作的难度相当大，因为在等径过程中硅料容易发生结晶，会导致事故的发生。

具体地，使用坩埚下降的方式提断尾棒，即为停止对所述尾棒的拉制，将所述坩埚下降预设高度，以对所述尾棒进行提断，以减缓尾棒的温度骤减，减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度。

在本申请实施方式中，预设高度为30-50mm，预设重量为40-70kg。

S23、分两步停止单晶炉的加热器工作。

请参阅图3，在本申请实施方式中，所述步骤S23至少包括以下步骤。

S231、在坩埚下降预设高度后，将所述主加热器的功率降至第二预设功率，并且所述单晶炉的底加热器停止工作，以第二预设速度提拉尾棒。

具体地，由于晶升拉速上升过快或过慢时，水冷屏对尾棒的冷却会骤然变化，尾棒内部的热应力会过大，过大的热应力会导致尾棒的炸裂，所以在提断尾棒后，将晶升拉速以第二预设速度匀速上升，将主加热器的功率降低至第二预设功率后，停止底加热器工作。其中，第二预设速度大于第一预设速度。

在本申请实施方式中，第二预设功率为25-35kw，第二预设速度为1.8-2.2mm/min。

S232、当所述坩埚中剩余的硅料结晶后，停止所述主加热器工作。

具体地，当所述坩埚中剩余的硅料结晶后，停止主加热器工作。这是由于所述坩埚中剩余的硅料结晶后停止主加热器工作，能够延长坩埚内硅料结晶释放时间，保证炉内温度的一致性及尾棒的温度下降在一定范围，减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度。

在本申请实施方式中，坩埚中剩余的硅料结晶需要第一预设时间为18-22min。

S24、将所述尾棒取出。

具体地，当所述尾棒进入水冷屏后，以第三预设速度将尾棒拉至副室筒内，并关闭隔离阀，对所述副室进行常压操作，并直接将尾棒从副室筒取出。其中，第三预设速度大于第二预设速度，第三预设速度为750-850mm/min。具体可以使用晶快升保持第三预设速度，迅速将尾棒升至副室内，关闭隔离阀，并直接对副室内通入惰性气体至副室内恢复常压，不进行保压操作，缩短尾棒在副室内的冷却时间，以保证尾棒取出时的高温状态，降低尾棒内部的热应力的影响。当副室内恢复至常压后，将所述尾棒取出。

在本申请实施方式中，惰性气体为氩气。

综上所述，本申请的单晶硅棒的生产方法中，通过降低拉制所述尾棒的速度至第一预设速度，以增强尾棒的结构强度，从而减少断裂；通过对坩埚内的剩余硅料的重量进行检测，当所述重量小于或等于预设重量时，对所述尾棒进行提断，以保证尾棒提断后，单晶炉内的温度及尾棒的温度下降在一定范围，从而减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度。同时，通过分两步停止主加热器工作，能够延长坩埚内硅料结晶释放时间，保证炉内温度的一致性及尾棒的温度下降在一定范围，减少尾棒内部的热应力，增加尾棒的结构强度，大大降低了尾棒在单晶炉冷却过程中及拆炉取棒过程中发生断裂掉落的数量比，减少了热场石墨件的非正常损耗，降低了生产成本，保障了安全生产。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。