一种提高单晶少子寿命的工艺方法技术

本发明专利技术提供一种提高单晶少子寿命的工艺方法，在直拉单晶时，在装料的过程中，添加一定量的氢氧化铝，促使石英坩埚向α‑方石英结构转变；在直拉单晶的取段复投过程中，添加一定量的氢氧化铝；随着拉制单晶颗数的增加，进行氢氧化铝的补掺，进行已经脱落的析晶层补充，促使石英坩埚向稳定的α‑方石英结构转变。本发明专利技术的有益效果是在直拉单晶过程中，添加氢氧化铝，加快石英坩埚向稳定的α‑方石英结构转变，补充已经脱落的析晶层，减少硅溶液对石英坩埚腐蚀，提高石英坩埚使用寿命，做到降本增效。

A process method to increase the minority carrier lifetime of single crystal

【技术实现步骤摘要】
一种提高单晶少子寿命的工艺方法
本专利技术属于光伏
，尤其是涉及一种提高单晶少子寿命的工艺方法。
技术介绍
现有的硅单晶用石英坩埚普遍只能拉制2-3颗单晶，不能满足继续使用拉制单晶要求。由于硅在熔融状态下具有高度的化学活泼性，它会与石英坩埚发生反应，即SiO2+Si→2SiO，会对石英坩埚透明层造成不可逆的损坏，影响石英坩埚使用寿命。现有技术采用在坩埚内壁喷涂碳酸钡水溶液以加快坩埚析晶，此方法运行后期坩埚析晶严重，内壁方石英会脱落，导致硅单晶成晶困难，无法进行多颗单晶拉制，同时，而钡离子的引入，是导致硅单晶少子寿命降低的主要原因之一。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术要解决的问题是提供一种提高单晶少子寿命的工艺方法，应用于直拉单晶过程中，添加氢氧化铝，加快石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变，补充已经脱落的析晶层，减少硅溶液对石英坩埚腐蚀，提高石英坩埚使用寿命，做到降本增效。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种提高单晶少子寿命的工艺方法，在直拉单晶过程中，在装料时，添加一定量的氢氧化铝，促使石英坩埚向α-方石英结构转变；在直拉单晶的取段复投过程中，添加一定量的氢氧化铝；随着拉制单晶颗数的增加，进行氢氧化铝的补掺，进行已经脱落的析晶层补充，促使石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变。进一步的，氢氧化铝的用量为0.1-1g。进一步的，氢氧化铝的用量的计算，包括以下步骤：确定三氧化二铝的摩尔分数；计算硅原子的个数；计算硅原子的摩尔数；计算氢氧化铝的摩尔质量；计算氢氧化铝的质量。进一步的，确定三氧化二铝的摩尔分数根据三氧化二铝系统液相不相混溶性玻璃分相确定，三氧化二铝的摩尔分数为15％。进一步的，计算硅原子的个数为根据α-方石英的厚度乘以单位纳米面积原子个数。进一步的，α-方石英的厚度为30-200nm。进一步的，计算硅原子的摩尔数中，设定硅原子的摩尔数为na，则其中，n为阿伏伽德罗常数，n＝6.02×1023。进一步的，计算氢氧化铝的摩尔质量中，设定氢氧化铝的摩尔质量为nb，则根据计算氢氧化铝的摩尔质量。进一步的，计算氢氧化铝的质量为氢氧化铝的摩尔质量乘以氢氧化铝的相对分子质量。一种提高单晶少子寿命的石英坩埚，石英坩埚包括石英坩埚主体和α-方石英层，α-方石英层设于石英坩埚主体的内壁上，α-方石英层为α-方石英。由于采用上述技术方案，在取段复投过程中，在复投硅料中添加氢氧化铝粉末，高温下生成的三氧化二铝可作为成核剂，加快石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变，补充已经脱落的析晶层，最终使石英坩埚满足拉制多颗单晶的要求，能够加快石英坩埚析晶速率，减少硅溶液对石英坩埚腐蚀，提高石英坩埚使用寿命，防止石英坩埚腐蚀后影响单晶拉制，提高石英坩埚单炉拉制硅单晶的颗数，做到降本增效；装料过程加入一定量的使用氢氧化铝，氢氧化铝高温下可以分解为三氧化二铝，以此做为成核剂，可起到与碳酸钡涂层相同的效果，铝离子对硅单晶的寿命影响，要小于钡离子；铝是可以在二氧化硅系统中分相的物质，由于铝的能级离禁带中心较钡远，对少子寿命影响小，可以极大地提升单晶少子寿命，提高硅单晶成品在市场的竞争力。附图说明图1是本专利技术的一实施例的石英坩埚的结构示意图。图2是本专利技术的一实施例的双曲余弦函数y＝coushx曲线形状示意图。图中：1、石英坩埚主体2、α-方石英层具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。本实施例涉及一种提高单晶少子寿命的工艺方法，应用于直拉单晶过程中，在直拉单晶的过程中，添加氢氧化铝，根据氢氧化铝高温下可以分解为三氧化二铝的特性，制作成成核剂，在成核剂的作用下，补充石英坩埚在直拉单晶过程中内壁脱离的α-方石英，增加石英坩埚内壁与硅溶液接触部分的致密度，提高坩埚耐腐蚀性，进而增加石英坩埚单炉拉制单晶的颗数，提高石英坩埚的使用寿命，提高硅单晶少子寿命。一种提高单晶少子寿命的工艺方法，在直拉单晶时，在装料的过程中，添加一定量的氢氧化铝，促使石英坩埚向α-方石英结构转变，即，在直拉单晶装料的初始，将一定量的氢氧化铝随着硅原料装入石英坩埚内，该氢氧化铝是一种白色非晶形的粉末，难溶于水，加热可以分解，反应如下：由上述反应可以知道，氢氧化铝在140℃条件下，生成的γ-Al2O3；γ-Al2O3在高温1200℃左右，可以形成α-Al2O3，反应过程如下：因此可以得出，可以利用γ-Al2O3在高温下的晶向转变过程形成α-Al2O3，α-Al2O3促使石英坩埚析晶，促使石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变，填补脱落的α-方石英，α-方石英致密，耐腐蚀性强，减少硅溶液对石英坩埚的内壁接触，提高石英坩埚的使用寿命。由此可以知道，与现有的在石英坩埚的内壁涂覆碳酸钡涂层的作用相同，但是，铝与钡对单晶品质的影响是不同的，从杂质能级分布情况进行对比，铝在硅中的能级，存在一个0.069ev的浅受主能级和一个0.17ev的施主能级，钡的能级为0.5eV。根据非平衡载流子复合速率：其中：Et是符合中心能级，Ei是禁带中心能级，n、p分别是点子、空穴浓度，ni是本征载流子浓度，ch(x)是双曲余弦函数，曲线形状如图2所示：当Et≈Ei时，U取趋向于无极大，因此，位于禁带中心的能级是最有效的复合中心，在单晶硅中而钡的能级为0.50eV，较铝的能级更靠近禁带中心，复合速率U亦较铝大，因此在同等浓度下，钡较铝对少子寿命影响较大，同时，铝是可以在二氧化硅系统中分相的物质，由于铝的能级离禁带中心较钡远，对少子寿命影响小，可以极大地提升单晶少子寿命。上述的氢氧化铝的用量为0.1-1g，根据实际计算结果进行选择。该氢氧化铝的用量的计算，包括以下步骤：确定三氧化二铝的摩尔分数：三氧化二铝的摩尔分数根据三氧化二铝系统液相不相混溶性玻璃分相来确定，根据三氧化二铝系统液相不相混溶性玻璃分相可以知道，三氧化二铝的摩尔分数为15％。计算硅原子的个数：硅原子的个数在计算时，根据α-方石英的厚度乘以单位纳米面积原子个数，α-方石英的厚度为30-200nm，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。例如：设定α-方石英的厚度为h，单位纳米面积原子个数为n单位纳米原子个数，则硅原子个数n硅原子个数＝h×n单位纳米原子个数其中，n单位纳米原子个数＝7.79×1019，h为α-方石英的厚度，为30-200nm，根据实际需求进行选择。计算硅原子的摩尔数：在计算硅原子的摩尔数(硅原子的物质的量)时，设定硅原子的摩尔数为na，则其中，n为阿伏伽德罗常数，n＝6.02×1023。计算氢氧化铝的摩尔质量：在计算氢氧化铝的摩尔质量时，设定氢氧化铝的摩尔质量为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在于：在直拉单晶的过程中，在装料时，添加一定量的氢氧化铝，促使石英坩埚向α-方石英结构转变；/n在直拉单晶的取段复投过程中，添加一定量的所述氢氧化铝；/n随着拉制单晶颗数的增加，进行所述氢氧化铝的补掺，进行已经脱落的析晶层补充，促使石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在于：在直拉单晶的过程中，在装料时，添加一定量的氢氧化铝，促使石英坩埚向α-方石英结构转变；
在直拉单晶的取段复投过程中，添加一定量的所述氢氧化铝；
随着拉制单晶颗数的增加，进行所述氢氧化铝的补掺，进行已经脱落的析晶层补充，促使石英坩埚向稳定的α-方石英结构转变。


2.根据权利要求1所述的提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在于：所述氢氧化铝的用量为0.1-1g。


3.根据权利要求1或2所述的提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在于：所述氢氧化铝的用量的计算，包括以下步骤：
确定三氧化二铝的摩尔分数；
计算硅原子的个数；
计算硅原子的摩尔数；
计算氢氧化铝的摩尔质量；
计算氢氧化铝的质量。


4.根据权利要求3所述的提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在于：所述确定三氧化二铝的摩尔分数根据三氧化二铝系统液相不相混溶性玻璃分相确定，所述三氧化二铝的摩尔分数为15％。


5.根据权利要求4所述的提高单晶少子寿命的工艺方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国伟，徐强，高润飞，王林，谷守伟，王建平，周泽，杨志，吴树飞，刘振宇，王鑫，刘学，皇甫亚楠，杨瑞峰，郭志荣，
申请(专利权)人：内蒙古中环光伏材料有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15