CN110396716A - 一种引晶引断后自动稳温工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种引晶引断后自动稳温工艺，应用于直拉单晶引晶引断后进行自动稳温，包括以下步骤，S1：籽晶引断后，调节坩埚内硅溶液温度至过热温度，其中，在硅溶液温度调节过程中，籽晶自动延迟下降；S2：硅溶液温度调节至过热温度后，按照预置引晶功率进行热场功率选择，进行稳温；S3：根据细晶的长度进行籽晶下降，熔化细晶，进行过热熔接，并进行引晶。本发明的有益效果是改变传统工艺中引晶引断后的处理方式，由人为的手动操作转变为系统的全自动操作，单晶炉引晶时发生引断后，自动执行升温、降籽晶、预制引晶功率等步骤，直至执行下次自动引晶，提高拉近操作人员工作效率，降低员工工作强度。

Description

一种引晶引断后自动稳温工艺

技术领域

本发明属于光伏技术领域，尤其是涉及一种引晶引断后自动稳温工艺。

背景技术

目前行业内竞争日益激烈，单晶生产企业自动化程度逐步提高，从工业2.0时代，逐步迈向工业3.0、4.0时代。单晶拉制过程中，等径过程已实现自动化控制，而引晶引断后继续进行稳温这项工作、却始终需要人工操作。

车间大数据表明，单晶拉制过程中，引断概率高达5.0％(引晶引断/引晶总数)，从发现引晶引断到再次过热、熔接、稳温，这一系列的操作，全程均需要人工的干预操作，对拉晶操作造成很大劳动负担，对公司的人力、工时成本造成极大浪费。

目前行业中普遍实行一名操作员工负责12-24台单晶炉的工作制度，发生引断后，操作人员需将大部分精力放在再次稳温中，极大地降低了工作效率，也会增加因员工精力分散而导致的异常事故发生概率，造成更大的经济损失。

发明内容

鉴于上述问题，本发明要解决的问题是提供一种引晶引断后自动稳温工艺，尤其适合直拉单晶过程中引晶引断后自动稳温及引晶，能够实现自动引断后稳温，可以避免因设备异常导致的硅溶液温度过高或过低，根据引断时的拉速进行再次引晶功率的选择，采用引晶预置功率，操作简单，自动化程度高，降低工作强度，提高工作效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种引晶引断后自动稳温工艺，应用于直拉单晶引晶引断后进行自动稳温，包括以下步骤，

S1：籽晶引断后，调节坩埚内硅溶液温度至过热温度，其中，在硅溶液温度调节过程中，籽晶自动延迟下降；

S2：硅溶液温度调节至过热温度后，按照预置引晶功率进行热场功率选择，进行稳温；

S3：根据细晶的长度进行籽晶下降，熔化细晶，进行过热熔接，并进行引晶。

进一步的，步骤S1中，硅溶液的温度调节至过热温度过程中，按照一定转速降幅降低坩埚的转速，坩埚转速降幅为2-5rpm。

进一步的，步骤S1中，籽晶自动延迟下降为籽晶按照籽晶自动下降延迟时间进行下降，籽晶自动下降延迟时间为坩埚降低转速后硅溶液温度升至过热温度所需的时间。

进一步的，籽晶自动下降延迟时间为1-3min。

进一步的，步骤S2中按照预置引晶功率进行热场功率选择，具体为：

根据引断前的引晶平均拉速判断稳温温度的高低；

选择引晶功率补偿值，进行热场功率选择。

进一步的，根据引断前的引晶平均拉速判断稳温温度的高低，将引断前的引晶平均拉速与标准引晶拉速进行对比，具体为：

当引断前的引晶平均拉速大于标准引晶拉速时，判定稳温温度偏低，选择引晶功率正补偿值；反之，

当引断前的引晶平均拉速小于标准引晶拉速时，判定稳温温度偏高，选择引晶功率负补偿值。

进一步的，标准引晶拉速为270-330mm/h。

进一步的，引晶平均拉速与引晶功率补偿值为线性关系。

进一步的，步骤S3中的根据细晶的长度进行籽晶下降，籽晶下降的距离为细晶的长度与籽晶下降距离的最大距离之差。

进一步的，籽晶下降距离的最大距离为30-50mm。

由于采用上述技术方案，采用引晶预置功率进行引晶引断后的自动稳温，改变传统工艺中引晶引断后的处理方式，由人为的手动操作转变为系统的全自动操作，单晶炉引晶时发生引断后，自动执行升温、降籽晶、预制引晶功率等步骤，直至执行下次自动引晶，提高拉近操作人员工作效率，降低员工工作强度，增强工业化自动水平，节省人力成本，减少引断比例，提高引晶成功率。

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。

本发明涉及一种引晶引断后自动稳温工艺，用于直拉单晶引晶引断后继续进行稳温，以便于继续引晶，采用引晶预置功率的判定方法，进行稳温功率的选择，极大地降低了再次稳温的时间，实现引晶后自动稳温，避免因设备异常导致的硅溶液温度过高或过低，全自动操作，自动执行升温、降籽晶、预置引晶功率等步骤，降低操作人员的工作强度，提高操作人员的工作效率。

一种引晶引断后自动稳温工艺，应用于直拉单晶引晶引断后进行自动稳温，便于自动引晶，籽晶引细晶时引断，往往是因为稳温时温度过高或过低导致的，温度过高，细晶生长速度太慢，最终导致引晶拉速过低，导致引断；温度过低时，细晶生长速度过快，导致引晶拉速过快，易造成细晶直径的急剧收回，最终导致引晶引断，所以，硅溶液温度在引晶过程中至关重要。

该引晶引断后自动稳温工艺，包括以下步骤，

S1：籽晶引断后，此时，已引出一段细晶，需重新调整硅溶液温度，重新进行稳温，便于进行引晶，调节坩埚内硅溶液温度至过热温度，其中，在硅溶液温度调节过程中，籽晶自动延迟下降；

具体地，引晶引断后，此时，已引出一段细晶，细晶断裂，由于液面接触电压的改变，拉晶系统的控制装置会自动判定细晶是否脱离硅溶液液面，若细晶已经脱离液面，进行硅溶液温度调节，将硅溶液的温度调节至过热温度，为下次过热熔接做好准备工作，而在硅溶液温度调节过程中，籽晶自动延迟下降，便于硅溶液温度调节，便于后续引晶，避免由于硅溶液温度不稳定，造成结晶。

该硅溶液的温度调节至过热温度过程中，调节操作为按照一定转速降幅降低坩埚的转速，坩埚的转速降低，使得硅溶液温度升高，便于将坩埚内硅溶液的温度调节至过热温度，便于籽晶与硅溶液熔接，该坩埚转速降幅为2-5rpm，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。拉晶系统根据坩埚转速降幅进行坩埚的转速的下降。

在硅溶液的温度调节至过热温度过程中，籽晶自动延迟下降，避免结晶，籽晶自动延迟下降为籽晶按照籽晶自动下降延迟时间进行下降，籽晶自动下降延迟时间为坩埚降低转速后硅溶液温度升至过热温度所需的时间，也就是硅溶液的升温时间，硅溶液升温过程中，籽晶不下降，当硅溶液的温度达到过热温度时，籽晶下降，拉晶系统根据籽晶自动下降延迟时间控制籽晶下降。该籽晶自动下降延迟时间为1-3min，根据实际测量的硅溶液的温度升至过热温度的时间进行选择。

硅溶液的温度增幅幅度为15-30℃。

S2：硅溶液温度调节至过热温度后，按照预置引晶功率进行热场功率选择，进行稳温：当硅溶液温度调节至过热温度后，将原生籽晶插入高温液面进行过热熔接，该过热温度为1458-1462℃，根据引晶引断时的引晶拉速对引晶的温度进行判定，根据该判定情况预置引晶功率，根据预置引晶功率进行热场功率选择，进行硅溶液温度的调节，进行稳温。

按照预置引晶功率进行热场功率选择，该过程具体为：

根据引断前的引晶平均拉速判断稳温温度的高低，该判断的标准为标准引晶拉速，该标准引晶拉速为引晶成功的引晶拉速：将引断前的引晶平均拉速与标准引晶拉速进行对比，进行稳温温度高低的判断，具体为：

当引断前的引晶平均拉速大于标准引晶拉速时，判定稳温温度偏低，选择引晶功率正补偿值，需提高本次引晶液面温度，避免因液面温度偏低导致再次引；反之，

当引断前的引晶平均拉速小于标准引晶拉速时，判定稳温温度偏高，选择引晶功率负补偿值，需降低本次引晶液面温度，避免因液面温度偏高导致再次引断。

上述的标准引晶拉速为270-330mm/h，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

上述的引晶平均拉速与引晶功率补偿值为线性关系，引晶平均拉速越大，所需引晶功率补偿值越大，也就是，热场功率增幅越大，该线性比例根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。可以是引晶平均拉速增加50mm/h，热场功率增幅为1kw，也可以是引晶平均拉速增加50mm/h，热场功率增幅为2kw，或者是引晶平均拉速增加30mm/h，热场功率增幅为1kw，或者是其他情况，根据实际需求进行选择。

选择引晶功率补偿值，进行热场功率选择，确定热场功率，控制加热器加热。

S3：根据细晶的长度进行籽晶下降，熔化细晶，进行过热熔接，并进行引晶。

温度升高至过热温度后，需要将引断之前引出的细晶全部回熔，所以，籽晶的下降距离与细晶的长度有关，根据细晶的长度进行籽晶下降，籽晶下降的距离为细晶的长度与籽晶下降距离的最大距离之差，也就是，用细晶的长度减去籽晶下降距离的最大距离，得到籽晶的下降距离，使得再次引晶时为原生籽晶在进行引晶，减少位错产生，提高单晶质量，该籽晶下降距离的最大距离为30-50mm，根据实际需求进行选择，这里不做具体要求。

下面以一具体实施例进行说明。

引断时，坩埚的转速为70rpm，在此次引晶过程中引晶的平均拉速为400mm/h，籽晶的细晶引出长度为200mm；

则，首先，进行坩埚转速下降，该埚转降幅为3rpm，将坩埚的转速下降至67rpm，进行硅溶液加热，将过热前硅溶液的温度提高，该温度增幅为20sp，在硅溶液的温度提高至过热温度的过程中，籽晶不下降，该温度升高时间为3min；

当硅溶液的温度提高至过热温度时，籽晶下降，籽晶下降的最大距离为35mm，则籽晶的下降距离为165mm；

如下表所示，

引断时坩埚转速(rpm)	-3
		过热前温度增幅(sp)	20
籽晶自动下降时间(min)	3
		籽晶下降距离(mm)	200-35

该标准引晶拉速为300mm/h，引断时的热场功率为70kw，根据引晶平均拉速进行热场功率选择，根据下表进行引晶功率补偿值选择，

引晶平均拉速(mm/h)	引晶功率补偿值(kw)
		150	-3.0
200	-2.0
		250	-1.0
300	0
		350	+1.0
400	+2.0
		450	+3.0

由上表可以知道，当引晶平均拉速为400mm/h，引晶功率补偿值为+2.0kw，可以知道热场功率为72kw，则将热场功率调节至72kw，进行稳温，温度稳定后，进行引晶。

由于采用上述技术方案，采用引晶预置功率进行引晶引断后的自动稳温，改变传统工艺中引晶引断后的处理方式，由人为的手动操作转变为系统的全自动操作，单晶炉引晶时发生引断后，自动执行升温、降籽晶、预制引晶功率等步骤，直至执行下次自动引晶，提高拉近操作人员工作效率，降低员工工作强度，增强工业化自动水平，节省人力成本，减少引断比例，提高引晶成功率。

以上对本发明的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)

1.一种引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：应用于直拉单晶引晶引断后进行自动稳温，包括以下步骤，

S1：籽晶引断后，调节坩埚内硅溶液温度至过热温度，其中，在所述硅溶液温度调节过程中，籽晶自动延迟下降；

S2：所述硅溶液温度调节至过热温度后，按照预置引晶功率进行热场功率选择，进行稳温；

S3：根据细晶的长度进行籽晶下降，熔化所述细晶，进行过热熔接，并进行引晶。

2.根据权利要求1所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S1中，所述硅溶液的温度调节至过热温度过程中，按照一定转速降幅降低所述坩埚的转速，所述坩埚转速降幅为2-5rpm。

3.根据权利要求2所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S1中，所述籽晶自动延迟下降为籽晶按照籽晶自动下降延迟时间进行下降，所述籽晶自动下降延迟时间为所述坩埚降低转速后所述硅溶液温度升至过热温度所需的时间。

4.根据权利要求3所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述籽晶自动下降延迟时间为1-3min。

5.根据权利要求1-4任一项所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S2中按照预置引晶功率进行热场功率选择，具体为：

根据引断前的引晶平均拉速判断稳温温度的高低；

选择引晶功率补偿值，进行热场功率选择。

6.根据权利要求5所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述根据引断前的引晶平均拉速判断稳温温度的高低，将所述引断前的引晶平均拉速与标准引晶拉速进行对比，具体为：

当所述引断前的引晶平均拉速大于标准引晶拉速时，判定所述稳温温度偏低，选择引晶功率正补偿值；反之，

当所述引断前的引晶平均拉速小于标准引晶拉速时，判定所述稳温温度偏高，选择引晶功率负补偿值。

7.根据权利要求6所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述标准引晶拉速为270-330mm/h。

8.根据权利要求6或7所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述引晶平均拉速与所述引晶功率补偿值为线性关系。

9.根据权利要求1-4、6、7任一项所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述步骤S3中的根据细晶的长度进行籽晶下降，所述籽晶下降的距离为所述细晶的长度与所述籽晶下降距离的最大距离之差。

10.根据权利要求9所述的引晶引断后自动稳温工艺，其特征在于：所述籽晶下降距离的最大距离为30-50mm。