一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，具体为：（1）将硅料加入拉晶炉内，经过熔化、引颈、放肩后进入等径阶段；（2）等径过程中加热器发热量为Q

【技术实现步骤摘要】
一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法


[0001]本专利技术涉及一种拉速的控制方法，具体涉及一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，属于单晶制备


技术介绍

[0002]中国光伏电池产量年增长速度为1
‑
3倍，光伏电池产量占全球产量的比例也由2002年1.07%增长到2008年的近15%。商业化晶体硅太阳能电池的效率13%
‑
14%提高到16%
‑
17%。总体来看，中国太阳能电池的国际市场份额和技术竞争力大幅提高。
[0003]太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。
[0004]单晶硅是指硅材料整体结晶为单晶形式，是目前普遍使用的光伏发电材料，单晶硅太阳电池以单晶硅棒为原料，其是硅基太阳电池中技术最成熟的，相对多晶硅和非晶硅太阳电池，其光电转化效率最高。高效单晶硅电池的生产建立在高质量单晶硅材料和成熟的加工工艺基础上。
[0005]直拉法又称为切克劳斯基法，是由切克劳斯基(Czochralski)建立起来的一种单晶生长方法，简称CZ法。目前，常以单晶炉为生长设备，采用直拉法生长单晶硅棒。
[0006]采用单晶炉生长单晶硅棒时，在单晶硅棒整个生长过程中，在等径生长阶段，为了抑制单晶硅棒在晶体生长过程中的直径偏差，需要以采用PID方法根据单晶硅直径的偏差值控制单晶硅的提拉速度。但是，采用PID方法控制单晶硅的提拉速度波动较大，容易引起单晶硅棒与硅液的生长界面液面波动，造成单晶硅棒的晶体生长过程出现位错机率增大影响最终硅片的质量，且单晶硅棒直径控制不精确。
[0007]目前专利CN106222735A提高直拉单晶硅拉速的装置及方法，其仅仅是更换了热屏中的冷却介质（把冷却介质由水变成了液氩或液氦），只是提升了等径过程中的拉速，但是并不能对换热量进行精确的监控，也不能对等径时直径的精确性以及等径过程的稳定性带来帮助。
[0008]专利CN113293433B晶棒生长控制方法以及控制系统，如果单晶生长速度超过目标生长速度，则使用温度控制模块对硅液的温度进行调整，即调节加热器的输出功率，但是加热器功率改变后，硅液温度需要较长的时间才能反应出来，存在滞后性，无法精确控制单晶硅棒的直径。
[0009]因此，研发一种能克服以上缺陷的拉速控制的方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，该控制方法简单易行，实现拉速的精确调整，拉速拨动小。
[0011]本专利技术解决以上技术问题的技术方案是：一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，具体包括以下步骤：（1）将硅料加入拉晶炉内，经过熔化、引颈、放肩后进入等径阶段；（2）等径过程中加热器发热量为Q
H
，热场的保温性能不变，热场中损失的热量固定值为Q
L
，通过计算上一分钟拉晶炉中热屏带走的热量来得到损失的总热量，通过损失的总热量来预判当前一分钟拉速的调整方向；热屏带走的热量具体计算如下：热屏带走的热量=热屏水流量*（出水温度
‑
进水温度）*水的比热容；损失的总热量=热屏带走的热量+热场中损失的热量固定值Q
L
；当损失的总热量小于加热器发热量Q
H
时，则降低当前一分钟内的拉速；当损失的总热量大于加热器发热量Q
H
时，则提高当前一分钟内的拉速。
[0012]本专利技术进一步限定的技术方案为：前述制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法中，步骤（2）中加热器发热量Q
H
为3600000
±
400000焦耳/分钟。
[0013]前述制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法中，拉速降低范围为0.05
‑
0.2mm/min。
[0014]前述制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法中，拉速提高范围为0.05
‑
0.2mm/min。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术在根据单晶棒直径变化来调整拉速的基础上，再根据水冷屏进水问题、出水温度、流量，计算出水冷屏带走的热量，求出损失的总热量，当损失的总热量较多时拉速适当调大，当损失的总热量较少时，拉速适当调小，从而实现拉速的精确调整。
[0016]本专利技术该方法拉速波动小，单晶硅棒直径精确，成晶率好。
实施方式实施例
[0017]本实施例提供一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，具体包括以下步骤：（1）将硅料加入拉晶炉内，经过熔化、引颈、放肩后进入等径阶段；（2）等径过程中加热器发热量为Q
H
固定值3600000焦耳/分钟，热场的保温性能不变，热场中损失的热量Q
L
固定值为2000000焦耳/分钟，通过计算上一分钟拉晶炉中热屏带走的热量来得到损失的总热量，通过损失的总热量来预判当前一分钟拉速的调整方向；热屏带走的热量具体计算如下：热屏带走的热量=热屏水流量*（出水温度
‑
进水温度）*水的比热容；损失的总热量=热屏带走的热量+热场中损失的热量固定值Q
L
；当损失的总热量小于加热器发热量Q
H
时，则降低当前一分钟内的拉速；当损失的总热量大于加热器发热量Q
H
时，则提高当前一分钟内的拉速；进水温度、出水温度采用温度计进行测量（水温单位为“℃”），水流量通过流量计
进行测量（单位为“升/分钟”，可以用Q
w
来表示）。
[0018]上一分钟热屏水流量范围为120
‑
150升/分钟， 热屏进水温度范围为30
‑
32℃， 热屏出水温度范围为33
‑
35℃，水的比热容4200焦耳/（升*℃）；上一分钟典型的热屏带走的热量：120升*（35℃
‑
32℃）*4200=1512000焦耳；上一分钟损失的总热量为2000000焦耳+1512000焦耳=3512000焦耳；3600000焦耳大于3512000焦耳，则说明上一分钟热量有剩余，则当前一分钟内拉速应当适当降低，拉速由1.85mm/min降低至1.8mm/min，反之提高拉速，拉速提高范围控制在0.05
‑
0.2mm/min。
[0019]通过上述方法实现了等径拉速的提前预判效果，结合当前时刻等径时直径的变化趋势，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备直拉单晶硅棒时拉速的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：（1）将硅料加入拉晶炉内，经过熔化、引颈、放肩后进入等径阶段；（2）等径过程中加热器发热量为Q
H
，热场的保温性能不变，热场中损失的热量固定值为Q
L
，通过计算上一分钟拉晶炉中热屏带走的热量来得到损失的总热量，通过损失的总热量来预判当前一分钟拉速的调整方向；热屏带走的热量具体计算如下：热屏带走的热量= 热屏水流量*（出水温度
‑
进水温度）*水的比热容；损失的总热量=热屏带走的热量+热场中损失的热量固定值Q
L
；当损失的总热量小于加热器发热量Q
H<...

【专利技术属性】
技术研发人员：董凯，王艺澄，冯琰，
申请(专利权)人：四川美科新能源有限公司浙江美科太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：