CN106119952A - 一种单晶炉二次加料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单晶炉二次加料方法，该方法依次包括如下步骤：1）获得边皮；2）在边皮上制作连接孔；3）制作连接销；4）对连接销和边皮进行清洗；5）边皮和连接销相连形成边皮组件；6）对连接后的边皮和连接销进行称重；7）将连接装置分别与籽晶重锤和边皮组件连接；8）将连接好的边皮组件升入单晶炉副室中；9）将边皮组件降至主炉室的硅液中；10）边皮组件熔化结束；11）进行拉晶。本发明提供的单晶炉二次加料方法，减少了边皮料破碎环节，从而避免了破碎时对硅料的污染；同时，本二次加料方法在加料的过程中溅料发生的概率极低，为后续拉晶成晶和晶棒品质提供保障。

Description

一种单晶炉二次加料方法
技术领域
本发明涉及单晶炉拉晶加料技术领域，更具体地说，涉及一种单晶炉二次加料方法。
背景技术
单晶硅是制备晶体硅太阳电池的一种重要材料，直拉法是生长单晶硅的最重要的方法之一；其过程包含加料，升温硅料融化，拉晶，冷却，出晶。通常情况下，一次升温后只能生长一根晶体，此后必须等到冷却后在新的坩埚中填料再次升温拉晶。这种拉晶技术造成了较大的能耗和时间浪费；同时由于坩埚在冷却后破碎，从而极大的增大了设备成本。如果能在现有的单晶炉上不经过降温过程实现直拉硅的连续生长，将会达到降低能耗、降低石英坩埚消耗、降低生产成本、提高生产效率的目的。
为了解决以上问题，现有技术中提供了如下的技术方案：设置内置二次加料工装；首先，在加料前将第一次拉成的单晶棒升入副室降温；然后，将籽晶换成吊钩，用来吊起内置二次加料工装；其次，当内置二次加料工装进入单晶炉后要对单晶炉副室进行抽真空净化，净化完后才能进行加料工作，当加料完成后需要将内置二次加料工装升入副室降温，等温度降低到接近室温时才能将内置二次加料工装拿出，重新换上籽晶。现有技术虽然避免了坩埚的浪费，但是依然存在以下问题： （1）现使用的二次加料装置对硅料型号，单次投料量限制较大； （2）石英材质的加料器采购成本高，容易损坏；如果选用金属材质的加料器，则对晶棒寿命影响较大；（3）二次加料期间容易产生溅料，对拉晶成晶率和晶棒品质产生重要影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种单晶炉二次加料方法，解决现有技术中存在的问题，具体方案如下：
一种单晶炉二次加料方法，该方法依次包括如下步骤：
1）获得边皮；选取单晶棒，将单晶棒边皮切下，切下边皮的单晶棒呈四方体状；
2）在边皮上制作连接孔；在边皮的上部和下部均设置连接孔，上部的连接孔与边皮上端之间的距离为20mm～40mm；下部的连接孔和边皮下端之间的距离为20～40mm；
3）制作连接销；选用单晶硅材质的连接销，连接销的直径小于连接孔的直径；
4）对连接销和边皮进行清洗；
5）边皮和连接销相连形成边皮组件；在各个边皮的上部和下部分别通过连接销连接在一起形成边皮组件；
6）对连接后的边皮和连接销进行称重；
7）将连接装置分别与籽晶重锤和边皮组件连接；
8）将连接后的边皮组件和连接装置升入单晶炉副室中；其中边皮组件上升的速度小于10mm/s；
9）将边皮组件降至主炉室的硅液中；将悬挂于单晶炉副室中的边皮组件下降至主炉室硅液中，边皮组件边熔化边下降；
10）边皮组件熔化结束；边皮组件熔化至位于边皮上部的连接孔处时，将连接装置从主炉室中取出，对剩余未熔的边皮组件称重，计算总的边皮投入量；
11）进行拉晶，根据总的边皮投入量设定单晶炉运行参数，在单晶炉中进行拉晶。
步骤9）中边皮组件的下降速度为：保证进入到主炉室硅液中的边皮组件熔化掉，未进入到主炉室硅液中的边皮组件没有熔化。
连接装置包括锤体和设于锤体下方的呈圆筒状的连接体，锤体呈圆柱状，锤体下部设置有挂钩，连接体通过挂钩和锤体连接；锤体内部设置有连接腔，连接腔横截面呈圆形；连接腔顶部连通有放置腔，放置腔呈圆锥状，放置腔顶部连通有穿孔。
边皮组件与连接体固连。
边皮上部的连接孔与边皮上端之间的距离为30mm，边皮下部的连接孔和边皮下端之间的距离为30mm。
总的边皮投入量的计算方法为：步骤6）中称重得到的边皮和连接销的重量减去步骤10）中称重得到的剩余未熔的边皮组件的重量。
本发明提供的单晶炉二次加料方法，减少了边皮料破碎环节，从而避免了破碎时对硅料的污染；同时，增大了边皮的回收率，进而避免了材料浪费；另外，本发明提供的单晶炉二次加料方法单次投料量要明显高于二次加料器的形式；最重要的是，本二次加料方法在加料的过程中溅料发生的概率极低，为后续拉晶成晶和晶棒品质提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为边皮组件结构示意图；
图3为连接装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图3所示，本实施例提供的一种单晶炉二次加料方法，该方法依次包括如下步骤：
1）获得边皮1；选取单晶棒，将单晶棒边皮切下，使得单晶棒形成横截面呈矩形的单晶体。在制备硅片的过程中，需要将单晶棒去除边皮，这样才可以使得单晶体形成呈四方体状的硅片。通过获得边皮1，实现了边皮1废料的回收利用。
2）在边皮1上制作连接孔3；其中，步骤1）形成的边皮1的横截面内表面呈矩形，外表面呈圆形。在制作连接孔3的时候，需要在边皮的上部和下部分别设置连接孔3；在实施的时候，边皮1上部的连接孔3与边皮上端之间的距离为20mm～40mm，优选为30mm；边皮1下部的连接孔3和边皮下端之间的距离为20～40mm，优选为30mm。30mm保证了边皮的充分利用；同时又避免了加料过多，保证了边皮1和连接销2的连接。
3）制作连接销2，连接销2的材质为单晶硅，在实施的时候可以选择回收的单晶棒作为连接销2。其中，连接销的直径小于连接孔的直径，从而可以将连接销穿入连接孔中。
4）对连接销2和边皮1进行清洗，通过清洗将连接销和边皮上的杂质去除，避免杂质影响成品的纯度。
5）边皮和连接销连接形成边皮组件，各个边皮1的上部和下部分别通过连接销连接起来，形成边皮组件。
6）对连接后的边皮和连接销称重，称重的时候选用现有的天平即可。
7）将连接装置分别与籽晶重锤和边皮组件连接。
其中，连接装置包括呈圆柱状的锤体5，锤体5下部设置有挂钩9，在使用的时候，将挂钩9挂在边皮组件顶部的孔体4中即可。
锤体5内部设置有连接腔8，连接腔8横截面呈圆形，连接腔8顶部连通有放置腔7，放置腔7呈圆柱状，放置腔7顶部连通有穿孔6。其中，连接装置和籽晶重锤连接的方式为：将籽晶重锤放入连接腔8中，将配重帽放入放置腔7中。
在挂钩9的下部设置有连接体10，连接体10呈圆柱状，连接体10与边皮组件固连，从而实现了连接装置和边皮组件的连接，方便了拆卸和连接过程。
8）将连接后的边皮组件和连接装置升入单晶炉副室中。
9）将边皮组件降至主炉室的硅液中；当单晶炉中一次加料添加的硅料熔化完成后，将悬挂于单晶炉副室中的边皮组件下降至主炉室的硅液中；随后，边皮组件边熔化边下降；边皮组件的下降速度为：保证进入到主炉室硅液中的边皮组件熔化掉，未进入到主炉室硅液中的边皮组件没有熔化。通过将边皮组件一点点放入主炉室的硅液中，省去了边皮的破碎过程，进而避免了破碎过程对硅料的污染。
10）边皮组件熔化结束；边皮熔化至位于边皮上部的连接孔处时，将连接装置从主炉室取出，从而使得未熔化的边皮组件从主炉室硅液中出来；随后，将剩余未熔的边皮组件称重，计算总的边皮投入量，总的边皮投入量的计算方法为：将步骤6）中称重得到的边皮和连接销的重量减去步骤10）中称重得到的剩余未熔的边皮组件的重量。
11）进行拉晶，根据总的边皮投入量设定单晶炉运行参数；边皮投入量和单晶炉运行参数之间的关系为成熟的现有技术，当投入量多时，增大加热温度。
综上所述，本发明提供的单晶炉二次加料方法，通过使用边皮作为原料加入，实现了边皮的回收，同时减少了边皮料破碎环节，进而减少了破碎时对硅料的污染；通过选择二次加料过程中边熔化边加入边皮，避免了首次投料投放边皮料易造成的硅料搭桥、扒埚等情况，降低漏硅等重大事故发生的几率。

Claims (6)

1.一种单晶炉二次加料方法，其特征在于：该方法依次包括如下步骤：1）获得边皮；选取单晶棒，将单晶棒边皮切下，切下边皮的单晶棒呈四方体状；
2）在边皮上制作连接孔；在边皮的上部和下部均设置连接孔，上部的连接孔与边皮上端之间的距离为20mm～40mm；下部的连接孔和边皮下端之间的距离为20～40mm；
3）制作连接销；选用单晶硅材质的连接销，连接销的直径小于连接孔的直径；
4）对连接销和边皮进行清洗；
5）边皮和连接销相连形成边皮组件；在各个边皮的上部和下部分别通过连接销连接在一起形成边皮组件；
6）对连接后的边皮和连接销进行称重；
7）将连接装置分别与籽晶重锤和边皮组件连接；
8）将连接后的边皮组件和连接装置升入单晶炉副室中；其中边皮组件上升的速度小于10mm/s；
9）将边皮组件降至主炉室的硅液中；将悬挂于单晶炉副室中的边皮组件下降至主炉室硅液中，边皮组件边熔化边下降；
10）边皮组件熔化结束；边皮组件熔化至位于边皮上部的连接孔处时，将连接装置从主炉室中取出，对剩余未熔的边皮组件称重，计算总的边皮投入量；
11）进行拉晶，根据总的边皮投入量设定单晶炉运行参数，在单晶炉中进行拉晶。
2.根据权利要求1所述的单晶炉二次加料方法，其特征在于：步骤9）中边皮组件的下降速度为：保证进入到主炉室硅液中的边皮组件熔化掉，未进入到主炉室硅液中的边皮组件没有熔化。
3.根据权利要求2所述的单晶炉二次加料方法，其特征在于：连接装置包括锤体和设于锤体下方的呈圆筒状的连接体，锤体呈圆柱状，锤体下部设置有挂钩，连接体通过挂钩和锤体连接；锤体内部设置有连接腔，连接腔横截面呈圆形；连接腔顶部连通有放置腔，放置腔呈圆锥状，放置腔顶部连通有穿孔。
4.根据权利要求3所述的单晶炉二次加料方法，其特征在于：边皮组件与连接体固连。
5.根据权利要求4所述的单晶炉二次加料方法，其特征在于：边皮上部的连接孔与边皮上端之间的距离为30mm，边皮下部的连接孔和边皮下端之间的距离为30mm。
6.根据权利要求5所述的单晶炉二次加料方法，其特征在于：总的边皮投入量的计算方法为：步骤6）中称重得到的边皮和连接销的重量减去步骤10）中称重得到的剩余未熔的边皮组件的重量。
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