一种单晶炉加热系统的控制方法

技术领域

本发明涉及单晶硅制备技术领域，具体涉及一种单晶炉加热系统的控制方法。

背景技术

近年来，光伏产业链各环节通过持续不断的技术创新，降低度电成本，助力光伏平价上网。而单晶硅是制造光伏组件的初始原料。直拉单晶硅制造过程是将多晶硅料放入石英坩埚中，加热熔化形成液态硅料，然后经过稳温、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等六个步骤，最终生产出硅单晶棒。在引晶之前需要进行稳温，以达到更好的引晶温度，保证引晶质量及引晶成功率。

目前直拉单晶硅工艺的稳温过程主要使用设定目标值(SP，set point)，在主室外壁安装红外测温仪，利用测温仪上反馈出来的数据，显示出相应的SP数值，然而该操作完全依靠操作人员的经验，手动调节SP设定值，且无任何判定标准。此外，还有利用红外测试仪直接测量液体表面温度，以反馈数据作为SP数值的参考，不足的是对操作人员的技术要求较高，而且在稳温过程中，炉体内部液体处于高温、高真空环境，采用红外测量装置测量液体表面温度，测温装置与待测表面的距离较远，抗干扰能力差，导致测温精度较低。因此，在实际引晶过程中，难以获取合适的引晶温度SP值。

另外，还可以通过籽晶接触的方法，将籽晶放入硅液中观察籽晶周围的光圈变化，根据光圈的大小来判断并调节温度。但是该方法对工人的经验水平要求依然较高，而且该方法中存在诸多不确定性，如不同人员、不同炉台、不同技术水平等不确定因素会导致调温的结果完全不同，无法实现温度的准确调节，进而造成后期引晶、放肩、转肩、等径过程温度不稳定，影响成本及产品品质。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单晶炉加热系统的控制方法，能够消除人工判定所带来的偏差及不稳定性，降低对工作人员的操作要求，进一步提高单晶炉调温过程的自动化程度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法，包括：

步骤S1，获取单晶炉内液体的预定位置处的亮度值；

步骤S2，根据所述亮度值控制所述加热系统。

进一步地，所述步骤S2包括：

步骤S21，将所述亮度值与预设亮度值范围进行比较；

步骤S22，基于比较结果，控制所述加热系统。

进一步地，所述步骤S22包括：

当所述亮度值处于所述预设亮度值范围内时，保持所述加热系统的功率不变；

当所述亮度值小于所述预设亮度值范围下限时，调高所述加热系统的功率；

当所述亮度值大于所述预设亮度值范围上限时，调低所述加热系统的功率。

进一步地，所述步骤S22包括：

计算所述亮度值与所述预设亮度范围中值的差值；

基于所述差值，根据亮度值与功率的对应关系来调高/调低所述加热系统的功率。

进一步地，通过测量不同功率下所对应的单晶炉内该液体的亮度值来确定所述对应关系。

进一步地，所述步骤S1中，以预定时间间隔获取所述亮度值，所述步骤S2中，相应地，以预定时间间隔根据所获取的亮度值控制所述加热系统。

进一步地，所述步骤S1包括：

步骤S11，以预定时间间隔，获取所述单晶炉内液体的预定位置处的图像；

步骤S12，确定所述图像的像素值，将所述图像的像素值转换为所述亮度值。

进一步地，所述步骤S11中，通过CCD相机以全局捕捉扫描获取所述图像。

进一步地，所述预定位置包括多个，根据多个所述预定位置处的亮度值，控制所述加热系统。

进一步地，根据多个所述预定位置处的亮度值进行滤波处理后计算平均值或加权平均值，根据所述平均值或加权平均值控制所述加热系统。

本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法，无需SP参与控制，通过单晶炉内液体的亮度值来代替测温，避免人工判定来调节SP值所带来的偏差及不稳定性，不仅能够实现温度的准确调节，且降低对工作人员的操作要求，进一步提高单晶炉调温过程的自动化程度以及稳温效果；

另外，通过液体的亮度值来代替测温，可以解决保温桶放偏导致红外测温仪无法正确读取数据所引起的引晶调温过程中耽误时较长、影响单晶拉制的问题；

进一步地，通过提前确定的亮度值与功率的对应关系，基于实时测量的亮度值与亮度范围的差值能够实现自动化准确调节加热功率，提高稳温效果；

进一步地，每隔预定时间间隔测量亮度值，根据所测量的亮度值来控制加热系统，由此能够起到更好的稳温效果。

附图说明

图1为根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法的流程示意图；

图2为根据实施例1的单晶炉加热系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法。

图1示出了根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法的流程示意图。

如图1所示，根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法，包括：

步骤S1，获取单晶炉内液体的预定位置处的亮度值。单晶炉内的液体温度值与液面亮度值存在确定的对应关系，因此，考虑到用于测量液体温度值的红外测温仪距离待测表面的距离较远导致抗干扰能力差、测温精度低的问题，根据本发明的控制方法，使用液面亮度值代替液体温度值来作为调节加热系统功率的参考值。这种方法能够避免人工判定所带来的偏差及不稳定性，降低对工作人员的操作要求，进一步提高单晶炉调温过程的自动化程度。

进一步地，所述步骤S1中，可以以预定时间间隔获取所述亮度值。也就是说，每隔一预定时间间隔，例如60s-3000s(具体可以是60s、100s、500s、1000s、1500s、2000s、2500s、3000s等)的时间间隔，测定一下实时的亮度值，从而可以以预定时间间隔根据所获取的亮度值来控制所述加热系统。

单晶炉内的环境会受到各方面因素的影响，液体的温度也会因此不断发生变化。如果间隔时间过长，则可能导致亮度变化过大，从而可能会影响到产品质量，通过间歇性地测量亮度值来控制所述加热系统，能够进一步提高稳温效果。

进一步地，所述步骤S1可以包括：

步骤S11，以预定时间间隔，获取所述单晶炉内液体的预定位置处的图像；

步骤S12，确定所述图像的像素值，将所述图像的像素值转换为所述亮度值。

也就是说，通过获取液体预定位置处的图像，将其像素值转换为亮度值，以便根据该亮度值来控制加热系统。单晶炉内液体的亮度值，受到拍摄条件、图像采集位置等影响，通过将位置固定，对于该位置处的亮度值进行监测，能够起到更好的稳温效果。

进一步地，所述步骤S11中，通过CCD相机以全局捕捉扫描获取所述图像。

一般来说，CCD相机拍摄图片会采用逐行扫描的方式，本方案用全局捕捉扫描代替逐行扫描进行拍摄，可提高相机的拍摄速度，可以进一步提高稳温效果。

进一步地，所述预定位置可以包括多个，根据多个所述预定位置处的亮度值，控制所述加热系统。

拍摄的过程中可能会受到噪声的干扰，而且液面亮度并不完全均匀，因此选用多个预定位置处的亮度值作为参考依据，能够有效提高判断的精准度。关于多个预定位置的选择，例如可以选择中心处、以及以该中心在圆周方向上对称分布的多处。

其中，可以对多个所述预定位置处的亮度值进行滤波处理后计算平均值或加权平均值，根据所述平均值或加权平均值控制所述加热系统。

其中，滤波处理、求平均值或加权平均值都能够有效地解决噪声干扰、亮度不均等问题。考虑到噪声等因素，可以去除最大值、最小值后进行加权平均。

步骤S2，根据所述亮度值控制所述加热系统。

也就是说，在获得亮度值之后，可以根据亮度值来控制加热系统。例如，当亮度值偏低，则说明需要加热，控制所述加热系统调高功率；当亮度值偏高，则说明需要降温，控制所述加热系统降低功率；当亮度值适当，则进入稳温程序。

进一步地，所述步骤S2可以包括：

步骤S21，将所述亮度值与预设亮度值范围进行比较；

步骤S22，基于比较结果，控制所述加热系统。

实际上，对于引晶而言，只要温度在预定范围内即可进行。也就是说，所对应的亮度值只要在预设亮度值范围内即可进行引晶，对于偏离预设亮度值范围的则控制加热系统相应地调高/调低功率以进入稳温过程。具体而言，可以根据实际需求获得预定温度值范围，然后将预定温度值范围转换成对应的亮度值范围，该亮度值范围即可作为预定亮度值范围。

其中，所述步骤S22可以包括：

当所述亮度值处于所述预设亮度值范围内时，保持所述加热系统的功率不变；

当所述亮度值小于所述预设亮度值范围下限时，调高所述加热系统的功率；

当所述亮度值大于所述预设亮度值范围上限时，调低所述加热系统的功率。

单晶炉内液体温度越高，液面亮度值越大，所以说，亮度值过大时需要调低功率，反之亦然。

进一步地，所述步骤S22包括：

计算所述亮度值与所述预设亮度范围中值的差值；基于所述差值，根据亮度值与功率的对应关系来调高/调低所述加热系统的功率。

也就是说，将实际测量得到的亮度值与预设亮度范围的中间值进行比较，根据得到的差值来调节所述加热系统的功率。

具体而言，可以参考⊿P＝f(⊿L)来调节功率，其中，⊿L表示所述亮度值与所述预设亮度范围中值的差值，⊿P表示目标功率与现在功率的差值。进一步地，通过不同功率所对应的单晶炉内该液体的亮度值来确定所述对应关系。

也就是说，先获取采集不同功率所对应的亮度值，然后根据功率-亮度值数据拟合出功率与亮度值之间的函数，该函数可以作为两者之间的对应关系。

下面，结合具体实施例进一步详细说明根据本发明实施例的单晶炉加热系统的控制方法。

实施例1

图2示出了根据实施例1的控制方法。

a)准备

在进行引晶之前，先设定引晶功率值Pi、目标亮度值Ls。

b)以t＝90s为间隔，通过CCD相机分别获取炉内液体的中心点处、以及以中心在圆周方向上呈对称分布的4点，共计5点的图像；

c)将图像的像素值换算为亮度值，得到测量亮度值L1(中心处)、L2、L3、L4、L5；

d)参考下述公式计算测量亮度值L：

L＝0.5L1+0.125(L2+L3+L4+L5)

e)计算目标亮度值Ls与测量亮度值L的差值⊿L＝Ls-L；

f)采用偏差算法计算目标功率P与当前功率(即引晶功率值Pi)的差值⊿P＝a⊿L，

g)根据所得到的⊿P在现有功率上调高/调低相应功率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。