CN103911659A - 提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，该方法应用于直拉法制造单晶硅的生产工艺中，该提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法包括如下步骤：将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为≥800mm；在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15～20mm。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电用单晶硅制造技术领域，特别涉及一种提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法。
背景技术
晶硅类太阳能电池占整个光伏市场的份额达到90%以上。直拉法是制备晶硅类产品的主要生产方法之一，其中，采用直拉法制备单晶硅的过程主要分为化料、引晶、放肩、等径、收尾和冷却几个阶段。
目前为止，通过直拉法制备的单晶硅电池的转换效率已经可以达到23%以上，但其发电成本仍然高居不下，这极大的限制了该产品的普及推广。大直径化是太阳能电池用单晶硅发展的必然趋势之一，可大大提高单位时间内产品的生产效率，显著降低单晶硅的生产成本。
然而，随着晶硅尺寸的增大，炉体结构随之增加，与传统的小直径单晶硅生产过程相比，炉内的热场及气体流场随之发生变化，这将大大影响晶硅在生长过程中的固液界面形状及微区内的传质、传热，在晶硅生长的等径初期，在大直径单晶硅中形成了典型的“W-状”固液界面，该类型界面加剧了生长过程中的界面波动，从而降低拉晶过程的稳定性，在生长过程中断晶、位错等缺陷的出现几率增加。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，该方法能够降低在等径初期出现断晶、位错等拉晶缺陷的出现几率。
一种提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，该方法应用于直拉法制造单晶硅的生产工艺中，该提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法包括如下步骤：
将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为≥800mm；
在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15～20mm。
上述提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，通过控制液口距的范围值为15～20mm来改变单晶炉内的气体流场，尤其是熔体自由表面上方的气体流场，进而影响晶体生长时固液界面的形状和三相点处的应力，以此来降低“W-状”固液界面的波动幅度，以及缓解三相点处的应力集中，进而实现降低等径初期单晶硅出现断晶、位错等缺陷的几率之目的。
附图说明
附图1是一较佳实施方式的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法的步骤流程图。
图2为实施例1中的固液界面分布曲线图。
图3为实施例1中液口距为40mm等径后单晶硅锭的应力分布云图。
图4为实施例1中液口距为15mm等径后单晶硅锭的应力分布云图。
图5为实施例2中的固液界面分布曲线图。
图6为实施例2中液口距为40mm等径后单晶硅锭的应力分布云图。
图7为实施例2中液口距为20mm等径后单晶硅锭的应力分布云图。
图中：提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法步骤S300～S301。
具体实施方式
本发明是在直拉单晶硅过程中，通过控制单晶炉的液口距（导流筒下沿至熔体液面的距离）来优化等径初期的固液界面，从而降低固液界面波动以及固-液-气（三相点）处的应力，降低拉晶过程中出现断晶、位错等缺陷的几率，从而提高大直径单晶硅在等径初期的工艺稳定性。本发明的具体技术方案为：
请参看图1，其为一较佳实施方式的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法流程图，该方法应用于直拉法制造单晶硅的生产工艺中，该提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法包括如下步骤：
步骤S300，将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为≥800mm。
步骤S301，在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15～20mm。其中，所述等径初期为等径开始至晶体直径达到300mm的阶段。进一步的，在等径初期控制石英坩埚的旋转速度为5～6rpm、晶体的旋转速度为8～9rpm、炉压为22Torr、等径拉速0.75～1mm/min、进口氩气流速1.2m/s，如此可以保证大直径单晶硅的拉晶稳定性更高。
以下结合具体附图及具体实施方式对提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法做进一步描述：
实施例1
将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为800mm；在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15mm，且炉压为22Torr，石英坩埚的旋转速度为5rpm、晶体的旋转速度为8rpm、等径拉速0.75/min、进口氩气流速1.2m/s。
对等径300mm后的单晶硅棒进行分析，其固液界面分布曲线如图2所示，对固液界面中心处高度（A点）和固液界面曲线极大值点（B点）进行分析，可以得出，与未改进工艺前相比，等径初期单晶棒的固液界面波动强度由7.39%下降至4.6%；进一步的，请参看图3及图4，图3为液口距为40mm等径后单晶硅锭的应力分布云图，图4为液口距为15mm等径后单晶硅锭的应力分布云图，可以看到，液口距优化至15mm后，晶棒最高热应力值及三相点处的应力值均明显下降，可以提高晶体生长的稳定性。
实施例2
将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为900mm；在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15～20mm，且炉压为22Torr，石英坩埚的旋转速度为6rpm、晶体的旋转速度为9rpm、等径拉速1mm/min、进口氩气流速1.2m/s。
对等径300mm后的单晶硅棒进行分析，其固液界面分布曲线如图5所示，对固液界面中心处高度（A点）和固液界面曲线极大值点（B点）进行分析，可以得出，与未改进工艺前相比，等径初期单晶棒的固液界面波动强度由7.39%下降至5.5%；进一步的，请参看图6及图7，图6为液口距为40mm等径后单晶硅锭的应力分布云图，图7为液口距为20mm等径后单晶硅锭的应力分布云图，可以看到，液口距优化至20mm后，晶棒三相点处的应力值下降至3.9×107Pa，可以提高晶体生长的稳定性。
Claims (5)
1.一种提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，该方法应用于直拉法制造单晶硅的生产工艺中，该提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法包括如下步骤：
将直拉法制造单晶硅的生产工艺中的石英坩埚的尺寸设置为≥800mm；
在采用直拉法制造单晶硅的等径生长步骤中，在等径初期控制液口距的范围值为15～20mm。
2.根据权利要求1所述的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，其特征在于：所述等径初期为等径开始至晶体直径达到300mm的阶段。
3.根据权利要求2所述的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，其特征在于：在等径初期，控制晶体的旋转速度为8～9rpm，石英坩埚的旋转速度为5～6rpm。
4.根据权利要求2所述的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，其特征在于：在等径初期，控制进口氩气流速为1.2m/s，且炉压为22Torr。
5.根据权利要求2所述的提高400mm以上大直径单晶硅拉晶稳定性的方法，其特征在于：在等径初期，控制等径拉速为0.75～1mm/min。
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|---|---|---|---|---|
| CN101148777A (zh) * | 2007-07-19 | 2008-03-26 | 任丙彦 | 直拉法生长掺镓硅单晶的方法和装置 |
| JP5131285B2 (ja) * | 2008-02-18 | 2013-01-30 | 株式会社Ｓｕｍｃｏ | シリコン単結晶成長装置および石英ルツボ |
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