CN110359084A - 一种自动调温工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自动调温工艺，用于稳温过程中自动调节温度，包括以下步骤：S1：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度；S2：进行过热熔接；S3：设定自动降温功率，进行自动降温；S4：设定引晶功率，进行稳温，以便于达到引晶温度，进行引晶。本发明的有益效果是通过模拟人工操作，能够复制人工稳温的调温逻辑，使得调温更加的精准、科学、统一，实现的自动化、标准化、无人化的自动流程，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生。

Description

一种自动调温工艺
技术领域
本发明属于单晶生产技术领域，尤其是涉及一种自动调温工艺。
背景技术
目前行业内竞争日益激烈，降本增效成为了一个企业屹立不倒的法宝，目前太阳能光伏材料制造业生产工艺中，除去等径工艺状态(已经实现自动)，操作难度最大、时间花费最长的工艺状态就是稳温了，目前行业中普遍使用的是手动稳温方式。手动稳温的方式对操作经验是非常依赖的，而且需要操作人员持续关注，占用了人工很大的精力和实践。
手动稳温时间目前行业平均水平在4.0小时左右，最快也在2.5小时以外，如果操作经验不足的人员，稳温7小时以上也是很常见的。稳温之所以难度这么大，主要是因为石英坩埚内的硅溶液温度要想达到可以引晶的稳定状态，需要加热器给定功率必须要准确，而且只要调整一次功率值，石英坩埚内的硅溶液因为与加热器之间的距离关系以及受热对流影响，反应时间比较长，大约需要50分钟左右，根据石英坩埚尺寸不用，时间也不同，反应的时间范围大约在30min～60min左右，工时时间长，且易发生事故。如果操作经验不足的人，给定的引晶功率偏高或者偏低，或者未等温度反应过来就干预调节温度，这种不良操作都会导致稳温困难，稳温时间长，浪费工时。
发明内容
鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种自动调温工艺，适用于自动稳温过程中，对自动稳温过程中进行温度调节，缩短稳温工时，提高产量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种自动调温工艺，用于稳温过程中自动调节温度，包括以下步骤：
S1：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度；
S2：进行过热熔接；
S3：设定自动降温功率，进行自动降温；
S4：设定引晶功率，进行稳温，以便于达到引晶温度，进行引晶。
进一步的，步骤S1包括以下步骤：
S11：检测硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S12；若不在，则进行超限报警；
S12：检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为引晶功率；若不在，则进行步骤S13；
S13：设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内。
进一步的，步骤S13中的调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率按照升温功率设定值进行设定，降温功率按照降温功率设定值进行设定。
进一步的，步骤S13中的调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数。
进一步的，步骤S4具体为：液面温度达到熔接后引晶功率所对应的液面温度后，将自动降温功率设为引晶功率，并按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率。
进一步的，液面温度报警范围为液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，液面温度报警上限值为1465-1475℃，液面温度报警下限值为1435-1445℃。
进一步的，熔接温度范围为熔接温度处于熔接温度上限值与熔接温度下限值之间，熔接温度上限值为1456-1460℃，熔接温度下限值为1452-1456℃。
进一步的，升温功率设定值为70-100kw，降温功率设定值40-60kw。
进一步的，升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，降温平均引晶功率系数为 0.6-0.85。
进一步的，熔接后引晶功率所对应的液面温度为1451-1453℃，引晶前引晶功率维持时间为30-60min。
本发明具有的优点和积极效果是：
1.由于采用上述技术方案，通过模拟人工操作，能够复制人工稳温的调温逻辑，使得调温更加的精准、科学、统一，实现的自动化、标准化、无人化的自动流程，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生；
2.该自动调温的工艺实现自动化调节温度，避免工时浪费，同时设有异常情况的设置，使得稳温过程安全性高；
3.采用该自动稳温工艺，可以能够提高缩短稳温工时，提高产量，提高企业的竞争力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
本发明涉及一种自动调温工艺，应用于直拉单晶的自动稳温过程中，通过模拟人工调温操作过程，可以按照人工稳温的调温逻辑进行自动调温，在此基础上，调温更加的精准、科学、统一，能够实现自动化、标准化、无人化的自动流程，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生。
在直拉单晶工艺中，依次进行稳温、引晶、放肩、转肩、等径和收尾工艺，实现直拉单晶正常拉晶，稳温是直拉单晶过程中最重要的一个工艺环节，是保证后续引晶工艺正常进行的基础，保证拉晶的正常进行。稳温工艺简单地说，就是高温熔接、低温稳温引晶。在高温度环境下进行熔接过热，当熔接过热结束后，再在低温环境下进行稳温，稳温结束后稳定满足引晶条件即可进行引晶。此处的高温，温度范围在1454℃～1460℃，温度高于1460℃后，籽晶会被熔断；此处的低温，温度范围在1450℃±2范围内，此温度范围是满足引晶条件的液面温度。
一种自动调温工艺，用于稳温过程中自动调节温度，在过热熔接时将坩埚内的硅溶液的液面温度调至高温，利于籽晶在高温条件下进行熔接，在降温过程中进行降温调节，利于引晶，自动稳温过程，从熔接到稳温到引晶，从温度角度来看，是一个从高温过热到低温维持的过程，具体包括以下步骤：
S1：检测硅溶液的液面温度，根据液面温度进行主功率设定，进行调温，将液面温度调至熔接温度，以便于进行过热熔接，具体包括以下步骤：
S11：检测坩埚内的硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S12；若不在，则进行超限报警；这里，液面温度报警范围为液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，液面温度报警上限值为1465-1475℃，液面温度报警下限值为1435-1445℃，当检测到的硅溶液的液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间时，说明硅溶液的液面温度处于正常范围内，可以进行调温，将硅溶液的液面温度调至熔接温度，利于后续的过热熔接，继续进行步骤S12。
若检测到的硅溶液的液面温度没有在液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，超出了液面温度报警范围内，属于异常情况，不会继续调温，则控制装置控制报警装置报警，现场操作人员进行原因确认，避免造成生产事故。这里，应用温度检测装置进行硅溶液的液面温度检测，温度检测装置将检测到的硅溶液的液面温度传送给控制装置，控制装置内预设有编辑好的程序，并预设有各个参数的预设值范围，对温度检测装置传送的测量值进行分析，判断下一步动作，该温度检测装置为温度传感器，控制装置为 PLC或CPU，报警装置为三色灯或蜂鸣器，均为市售产品，根据实际需求进行选择。
S12：检测硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为引晶功率；若不在，则进行步骤S13；当硅溶液的液面温度在液面温度报警范围内，进行硅溶液的液面温度检测，判断硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，该熔接温度范围为熔接温度处于熔接温度上限值与熔接温度下限值之间，熔接温度上限值为1456-1460℃，熔接温度下限值为 1452-1456℃，若硅溶液的液面温度在熔接温度范围内，则控制装置设定主功率为自动记录的引晶功率，进行过热熔接；若硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内，则进行步骤S13。
S13：设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将液面温度调至熔接温度范围内：当硅溶液的液面温度不在熔接温度范围内时，设定调温功率，进行调温，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度范围内，以便于进行过热熔接。
这里，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率按照升温功率设定值进行设定，降温功率按照降温功率设定值进行设定，该升温功率设定值为 70-100kw，该降温功率设定值40-60kw。
具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率设定值40-60kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率设定值为70-100kw，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
或者，调温功率包括升温功率和降温功率，升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，该降温平均引晶功率系数为0.6-0.85。
具体地，当硅溶液的液面温度高于熔接温度上限值时，设定调温功率为降温功率，进行降温，该降温功率为引晶功率乘以降温平均引晶功率系数，降温平均引晶功率系数为0.6-0.85，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
当硅溶液的液面温度低于熔接温度下限值时，设定调温功率为升温功率，进行升温，该升温功率为引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，该升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，根据实际需求进行选择，将硅溶液的液面温度调节至熔接温度，进行过热熔接。
调温功率最大维持时间包括升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间均为30-60min，该升温功率最大维持时间和降温功率最大维持时间是出于安全保护而设置的，即自动调温的最长时间为设定的升温或降温功率最大维持时间，如果超出这个最大维持时间，仍然没有将炉内液面温度调至目标温度，系统会将升温或者降温给定的功率，自动恢复到引晶功率，避免炉内出现极端温度导致的异常。
S2：进行过热熔接：当硅溶液的液面温度达到熔接温度时，自动降籽晶，将籽晶降至硅溶液的液面处，并将籽晶定位至原生籽晶处，籽晶与硅溶液的液面接触，进行过热熔接。
S3：设定自动降温功率，进行自动降温：过热熔接完成后，进行自动降温，设定自动降温功率，依照该自动降温功率进行降温，当单晶炉内温度降至熔接后引晶功率所对应的液面温度后，系统自动将自动降温功率设定为自动记录的引晶功率，系统按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率，将硅溶液的液面温度维持在引晶温度，便于引晶，完成自动稳温。这里，熔接后引晶功率所对应的液面温度为1451-1453℃，引晶前引晶功率维持时间为30-60min。
S4：设定引晶功率，进行稳温，以便于达到引晶温度，进行引晶：液面温度达到熔接后引晶功率所对应的液面温度后，将自动降温功率设为引晶功率，并按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率，以便进行引晶。熔接后引晶功率所对应的液面温度是指设定的一个将自动降温功率恢复到引晶功率的设定值，目的是用于提前将用于快速降温的降温功率提前恢复到引晶功率，该值设定的范围一般在1451℃-1453℃，设定的依据是根据降温的系数来决定的，一般降温系数越小意味着系统给定的降温功率越低，降温的速度越快，由于热场的惰性，所以就需要熔接后引晶功率所对应的液面温度越早达到，即设定为1453或者1452，如果给定1451的话，有可能出现，降温过多，籽晶结片的情况。系统达到设定的引晶前引晶功率维持时间后，即完成了自动稳温工艺，开始引晶。
还设有升降温最大循环次数，该升降温最大循环次数为5-20次，当系统升降温调节功率次数达到设定的次数后，会出现报警提示，目的是为了避免出现因为操作人员关注不到位，导致系统一直在自动调节温度，出现的浪费工时现象。
下面以一个具体实施例进行说明，假设系统自动记录的引晶功率为 60kw，熔接相关参数设为：
熔接温度报警上限值：1470℃
熔接温度报警下限值：1430℃
熔接温度上限值：1458℃
熔接温度下限值：1454℃
熔接后置引晶功率对应液面温度：1452℃
升温(降温)功率最大维持时间:30min
稳温前引晶功率维持时间：50min
升温功率设定值:85kw
降温功率设定值：45kw
升温功率(平均引晶功率系数):1.25
降温功率(平均引晶功率系数)：0.75
升降温最大循环次数：5次
第一种情况：
选择降籽晶熔接后，系统测量的液面温度是1425℃或者1475℃，系统会出现熔接温度超限的报警，并且不会自动调节功率进行调温，因为属于异常情况。
第二种情况：
S1：选择降籽晶熔接后，系统测量的液面温度是1450℃或者1461℃，此时，系统会将主功率设置为75kw、45kw(分别代表的是升温和降温)，进行调温。
S2：当温度分别从1450℃和1461℃，调节到1454℃和1458℃时，因为达到熔接温度范围，满足高温熔接所需的温度，系统会自动将刚才的75kw、 45kw设定为60kw(引晶功率)。
S3：系统进行降籽晶工艺以及自动过热工艺。
S4：自动过热完成后，系统设定自动降温功率45kw，进行快速降温，当液面温度降到1452℃的时候，系统会将45kw自动设为60kw。
S5：当主功率自动设为60kw时，系统会自动开启计时，当引晶功率维持时间达到50min后，系统会报熔接完成，也就是自动调温完成，自动稳温完成，满足引晶条件。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，通过模拟人工操作，能够复制人工稳温的调温逻辑，使得调温更加的精准、科学、统一，实现的自动化、标准化、无人化的自动流程，避免了由于人工经验不足导致的工时浪费以及异常事故的发生；该自动调温的工艺实现自动化调节温度，避免工时浪费，同时设有异常情况的设置，使得稳温过程安全性高；采用该自动稳温工艺，可以能够提高缩短稳温工时，提高产量，提高企业的竞争力。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种自动调温工艺，用于稳温过程中自动调节温度，其特征在于：包括以下步骤：
S1：检测硅溶液的液面温度，根据所述液面温度进行主功率设定，进行调温，将所述液面温度调至熔接温度；
S2：进行过热熔接；
S3：设定自动降温功率，进行自动降温；
S4：设定引晶功率，进行稳温，以便于达到引晶温度，进行引晶。
2.根据权利要求1所述的自动调温工艺，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：
S11：检测所述硅溶液的液面温度是否在液面温度报警范围内，若在，则进行步骤S12；若不在，则进行超限报警；
S12：检测所述硅溶液的液面温度是否在熔接温度范围内，若在，则设定主功率为引晶功率；若不在，则进行步骤S13；
S13：设定调温功率和调温功率最大维持时间，进行调温，将所述液面温度调至所述熔接温度范围内。
3.根据权利要求2所述的自动调温工艺，其特征在于：所述步骤S13中的调温功率包括升温功率和降温功率，所述升温功率按照升温功率设定值进行设定，所述降温功率按照降温功率设定值进行设定。
4.根据权利要求2所述的自动调温工艺，其特征在于：所述步骤S13中的调温功率包括升温功率和降温功率，所述升温功率为所述引晶功率乘以升温平均引晶功率系数，所述降温功率为所述引晶功率乘以降温平均引晶功率系数。
5.根据权利要求1-4任一项所述的自动调温工艺，其特征在于：所述步骤S4具体为：所述液面温度达到熔接后引晶功率所对应的液面温度后，将所述自动降温功率设为所述引晶功率，并按照引晶前引晶功率维持时间进行维持功率。
6.根据权利要求2或3或4所述的自动调温工艺，其特征在于：所述液面温度报警范围为液面温度处于液面温度报警上限值与液面温度报警下限值之间，所述液面温度报警上限值为1465-1475℃，所述液面温度报警下限值为1435-1445℃。
7.根据权利要求6所述的自动调温工艺，其特征在于：所述熔接温度范围为熔接温度处于熔接温度上限值与熔接温度下限值之间，所述熔接温度上限值为1456-1460℃，所述熔接温度下限值为1452-1456℃。
8.根据权利要求3所述的自动调温工艺，其特征在于：所述升温功率设定值为70-100kw，所述降温功率设定值40-60kw。
9.根据权利要求4所述的自动调温工艺，其特征在于：所述升温平均引晶功率系数为1.2-1.4，所述降温平均引晶功率系数为0.6-0.85。
10.根据权利要求5所述的自动调温工艺，其特征在于：所述熔接后引晶功率所对应的液面温度为1451-1453℃，所述引晶前引晶功率维持时间为30-60min。
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