一种降氧式单晶炉和降氧式单晶生长方法技术

本发明专利技术属于单晶炉单晶硅生长技术领域，具体涉及一种降氧式单晶炉和降氧式单晶生长方法，包括上炉室、下炉室、坩埚和主加热器，上保温筒及其外的上保温筒毡，中保温筒及其外的中保温筒毡、下保温筒及其外的下保温筒毡，所述主加热器具有下开缝发热区和上开缝发热区，所述主加热器还包括若干堵条，所述堵条分别嵌入所述主加热器的下开缝发热区的底部并沿其具有的开缝向上延伸，且与堵条配套新增n层上保温筒毡、n层中保温筒毡，P=S

【技术实现步骤摘要】
一种降氧式单晶炉和降氧式单晶生长方法


[0001]本专利技术属于单晶炉单晶硅生长
，具体涉及一种降氧式单晶炉和降氧式单晶生长方法。

技术介绍

[0002]近几年来，能源危机越来越严重，在此能源背景下光伏行业迅速发展。随着光伏行业的发展，单晶炉的尺寸不断增大，结构设计日益完善。对单晶硅及硅片的品质精益求精，对电性能、转换效率要求越来越高。在单晶硅制造过程中四大电性能占据极其重要的地位，在一定程度上直接决定了单晶硅棒的品质。高品质单晶硅棒对单晶炉热场的要求愈发严格，热场件不仅需要不断完善基本功能，同时需严格把控其元素含量（如氧、碳）。
[0003]加热器作为热场件中的重要部件，分为主加热器及底加热器，底加热器主要在熔料过程中使用，单晶硅棒拉制过程中处于关闭状态，对晶棒的品质影响较小。主加热器作为晶棒拉制过程中的主要热量来源，时刻影响着单晶硅棒的品质。坩埚本身含有一定成分的氧含量，且集中在坩埚R角部分，晶体生长末期随着坩埚内剩料的减少，坩埚随埚跟比（即埚升速度/晶升速度）往上升，R角逐渐向主加热器发热区（包括上开缝发热区和下开缝发热区）靠近，在高温烘烤下发生反应析出氧，熔入原料中，易导致单晶硅棒氧含量升高，降低晶棒品质及光电转换效率。
[0004]因此，本领域亟需提供一种降氧式单晶炉，能在保障单晶硅生长热场需求的同时减少坩埚R角部分的高温烘烤，降低单晶硅棒的氧含量，提高晶棒品质及太阳能电池片的光电转换效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的单晶硅棒氧含量升高的缺陷，提供一种降氧式单晶炉和降氧式单晶生长方法，该降氧式单晶炉能平衡单晶硅生长的热需求与降低坩埚R角过热产生的矛盾，能在保障单晶硅生长热场需求的同时减少坩埚R角部分的高温烘烤，降低单晶硅棒的氧含量，提高晶棒品质及太阳能电池片的光电转换效率。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种降氧式单晶炉，包括上炉室、下炉室、位于下炉室内的坩埚和主加热器，用于上炉室保温的上保温筒及其外的上保温筒毡，用于下炉室保温的中保温筒及其外的中保温筒毡、下保温筒及其外的下保温筒毡，所述中保温筒位于主加热器外，所述主加热器具有下开缝发热区和上开缝发热区，所述主加热器还包括若干堵条，所述堵条分别嵌入所述主加热器的下开缝发热区的底部并沿其具有的开缝向上延伸，且与堵条配套新增n层上保温筒毡、n层中保温筒毡，n根据以下条件获得：P=S
×
U
²
/[ρ（L
‑
m）]，P为所需加热功率且单位为kw；n=P/1kw，n为采用进一法取整数；其中，S为下开缝发热区的横截面积，U为主加热器的额定电压，ρ为主加热器的电阻率，L为下开缝发热区的开缝竖直长度，m为堵条的竖直长度。
[0007]本专利技术所述上保温筒毡的总层数为N1+n，所述中保温筒毡的总层数为N2+n，N1为12
‑
15，N2为13
‑
17。
[0008]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述下开缝发热区底部具有弧度，堵条的一端为弧形且其弧度与嵌入的下开缝发热区底部开缝的弧度相同并接触。
[0009]更优选地，所述堵条的另一端为平面。
[0010]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述堵条侧面通过胶粘贴在下开缝发热区的开缝内。
[0011]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述下开缝发热区的开缝竖直长度L为180
‑
220mm，所述堵条的竖直长度m为30
‑
60mm。
[0012]优选地，所述堵条的厚度与下开缝发热区的厚度相同。
[0013]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述下保温筒毡的层数N3为14
‑
17。
[0014]在本专利技术的一些优选实施方式中，所述主加热器位于中保温筒内、坩埚外。
[0015]第二方面，本专利技术提供一种降氧式单晶生长方法，包括在第一方面所述的降氧式单晶炉中进行加热、单晶生长。
[0016]在本专利技术的一些优选实施方式中，在所述单晶生长的过程中，对于直径为226
‑
254mm的单晶棒，控制埚跟比为0.075
‑
0.100；对于直径为300
‑
304mm的单晶棒，控制埚跟比为0.130
‑
0.140。
[0017]更优选地，在所述单晶生长的过程中，对于直径为226
‑
230mm的单晶棒，控制埚跟比为0.075
‑
0.080，对于直径为250
‑
254mm的单晶棒，控制埚跟比为0.095
‑
0.100。
[0018]有益效果：本专利技术的专利技术人研究发现，硅棒中的氧主要由坩埚带入，坩埚R角厚度最大、氧含量最高，一部分氧进入熔体中导致硅棒中氧含量上升，这是由于单晶炉主加热器的上开缝发热区和下开缝发热区的尺寸相等且较长，直至坩埚到达上限埚位时，坩埚R角处于主加热器发热区，受到了高温烘烤，加剧R角氧析出，坩埚R角部分长时间受到烘烤，导致坩埚中氧析出进入硅料中导致拉制的单晶硅棒氧含量升高，降低单晶硅棒的品质及太阳能电池片的光电转换效率；并研究发现，温度越高R角氧析出的反应越剧烈，析出的氧含量越高，进而发现，通过减少主加热器相应发热区能减少与坩埚的反应区域，从而降低氧含量。而若减少单晶炉主加热器的上开缝发热区和下开缝发热区的尺寸，相应发热区会缩短，发热量减少，加之发热量的正常损耗会导致单晶硅生长所需的热场不足，需要提高引晶功率弥补发热量损耗，而引晶功率升高后主加热器的发热量增大，发热温度增高，对坩埚的烘烤温度升高，与降氧的目的相悖。因此，如何平衡单晶硅生长的热需求与降低坩埚R角过热产生的矛盾是本领域的难点。基于此提出本专利技术。
[0019]本专利技术通过上述技术方案，尤其是在主加热器的下开缝发热区的底部设置堵条，缩短主加热器下开缝发热区长度来缩短主加热器下方的发热区域，减少了单晶硅棒拉制过程中单晶炉主加热器对坩埚R角的高温烘烤，降低坩埚中二氧化硅与硅的反应，减少坩埚R角氧析出，降低了单晶硅棒氧含量，提高了单晶硅棒品质及太阳能电池片光电转换效率；同时配合新增设置符合上述条件的n层上保温筒毡、n层中保温筒毡来适当降低发热量损耗，能够满足不同生产的晶棒拉制的温度需求，同时无论坩埚在哪个埚位均不会增加对坩埚的烘烤温度。其中，按照上述特定条件获得的新增上保温筒毡、中保温筒毡的层数，可增加热
场的保温性能，降低热损耗，由此达到降低功率的作用，可代偿设置堵条造成的发热量减小的问题。而若在相同条件下，n和m不满足上述公式则要么会对坩埚R角的烘烤温度升高，要么无法满足不同生产的晶棒拉制的热场温度需求。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降氧式单晶炉，包括上炉室、下炉室、位于下炉室内的坩埚和主加热器，用于上炉室保温的上保温筒及其外的上保温筒毡，用于下炉室保温的中保温筒及其外的中保温筒毡、下保温筒及其外的下保温筒毡，所述中保温筒位于主加热器外，所述主加热器具有下开缝发热区和上开缝发热区，其特征在于，所述主加热器还包括若干堵条，所述堵条分别嵌入所述主加热器的下开缝发热区的底部并沿其具有的开缝向上延伸，且与堵条配套新增n层上保温筒毡、n层中保温筒毡，n根据以下条件获得：P=S
×
U
²
/[ρ（L
‑
m）]；n=P/1kw，n为采用进一法取整数；其中，P为所需加热功率且单位为kw，S为下开缝发热区的横截面积，U为主加热器的额定电压，ρ为主加热器的电阻率，L为下开缝发热区的开缝竖直长度，m为堵条的竖直长度；所述上保温筒毡的总层数为N1+n，所述中保温筒毡的总层数为N2+n，N1为12
‑
15，N2为13
‑
17。2.根据权利要求1所述的降氧式单晶炉，其特征在于，所述下开缝发热区底部具有弧度，堵条的一端为弧形且其弧度与嵌入的下开缝发热区底部开缝的弧度相同并接触。3.根据权利要求2所述的降氧式单晶炉，其特征在于，所述堵条的另一端为平面。4.根据权利要求1所述的降氧式单晶炉，其特征在于，所述堵条侧面通过胶粘贴在下开缝发热区的开缝内。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，周嘉菊，李林东，王艳霞，许堃，李安君，吴超慧，李永刚，罗昌萍，陈志军，
申请(专利权)人：苏州晨晖智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：