CN203715791U - 一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，包括炉体以及设在炉体中的导流筒和加热器，炉体的下部设有抽气孔；所述抽气孔的顶端与加热器的下端面平齐。本实用新型在研究氧的传输途径和熔体液流运动的基础上，采取简单的技术手段控制晶体生长过程中氧从石英坩埚溶解进入熔体的熔解速率，很好的解决了硅棒头部氧含量超标及返型等一系列难题，满足了高品质单晶硅电池片的需求。

Description

一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉

技术领域

本实用新型涉及一种单晶炉，具体涉及一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉。

背景技术

太阳能单晶硅行业不断发展，对单晶硅的要求也不断提高，如何做出最优质的产品，是业内一直研究的课题，解决该课题的有效途径是利用最少资源做出最优质产品。据调查，光伏组件50％以上的成本消耗于单晶和硅片的生产，因此降低生产成本是企业取得效益最大化的根本。对于单晶硅生产来说，提高了单晶硅棒产品的品质，减少不良品的产生，就是降低了生产成本。

单晶硅棒作为初级产品，其品质的优良状况，直接影响着后续转换效率。众所周知，在直拉法生长中,氧不可避免地掺入硅单晶，其反应式为：S_i0₂+S_i=2S_i0。对直拉单晶硅中来说，氧是主要的非故意掺入杂质，氧与掺杂元素硼的结合目前被证实为是造成p型单晶太阳能电池光致衰减的原因。因此，有必要采取必要的技术手段，以降低单晶硅晶棒头部氧含量。

如何降低单晶硅晶棒头部氧含量，首先要弄清氧的来源及运动轨迹。首先，氧从石英坩埚溶解进入硅熔体,溶解的氧经由熔体的对流和扩散传输到晶体－熔体界面或自由表面；熔体中的大多数氧在熔体自由表面蒸发,而余下的氧通过晶体－熔体界面的分凝而掺入晶体内。由于氧在熔体中的扩散系数相当小,所以通过熔体对流来传输氧是主要的。直拉单晶硅中熔体流主要有三部份组成：1）从冷晶体边缘到热坩埚壁,由表面张力降低所驱动的沿着自由表面的热表面张力对流；2）熔体表面与熔体底部存在温度梯度,因熔体密度差引起的浮力导致沿垂直方向的自然对流；3）由晶转和埚转引起的强迫对流—离心抽运流。

在理解氧的传输途径和熔体液流运动的基础上,要控制原生直拉法硅单晶中氧的含量,也就是要设法控制晶体生长过程中,氧从石英坩埚溶解进入熔体的熔解速率和强制调节。经过大量实验及前人总结，发现在直拉法制作单晶硅的过程中，Ar流量、埚转转速、液面距离高低、投料量的多少，都会对单晶氧含量造成不同程度的影响，但实际上，上述措施对改变单晶硅中氧含量的指标能力是非常有限的。

研究发现，热场结构直接影响到S_iO的排放速度,继而影响到单晶硅棒中的氧含量。如图1所示为现有技术中常用单晶炉的结构示意图，其中，抽气孔2位于炉体1中加热器4的下方，导流筒3的下端口外边缘的圆形倒角为5°左右（如图3所示）。实际工作中，利用这种结构的单晶炉拉制出的单晶硅棒头部氧含量通常会很高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种实现简单、能够有效降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，包括炉体以及设在炉体中的导流筒和加热器，炉体的下部设有抽气孔；所述抽气孔的顶端与加热器的下端面平齐。

其中，所述导流筒的下端口的外边缘设有30°～40°的圆形倒角。

其中，所述圆形倒角为36°。

其中，所述导流筒由内筒、外筒和设在内筒与外筒之间的保温层组成；内筒的上端口与外筒的上端口密闭联接，内筒的下端口与外筒的下端口密闭联接，并且内筒的下端口面位于外筒的下端口面的上方，圆形倒角设在外筒下端口的外边缘上。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本实用新型通过增大导流筒的下端口外边缘圆形倒角的角度，使其更具流线型，便于S_iO气体的导走，从而经该热场拉出的单晶氧含量明显降低；（2）本实用新型将单晶炉的抽气孔的位置抬高，更利于S_iO气体的排出，例如对于90型单晶炉，将其抽气孔由之前的160mm抬高到现在的240mm。通过上述改进措施，整体温场梯度发生了变化，Ar流流向发生了改变，大大降低了液体硅冲刷石英埚壁产生S_i0的数量，并且S_i与S_iO₂分解产生的S_iO漂浮在熔硅表面时，因为热对流减小，S_iO会紧固在石英埚四璧，减少进入硅液中央的机会，进而减少进入单晶的机会。因此，改进的单晶炉拉制出的单晶硅棒头部氧含量大大降低。

本实用新型在研究氧的传输途径和熔体液流运动的基础上,采取技术手段控制晶体生长过程中氧从石英坩埚溶解进入熔体的熔解速率，很好的解决了硅棒头部氧含量超标及返型等一系列难题，满足了高品质单晶硅电池片的需求。

附图说明

图1是现有技术中常用的单晶炉的结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是图1中A区的局部放大示意图；

图4是图2中B区的局部放大示意图；

图中：1、炉体，2、抽气孔，3、导流筒，4、加热器，3-1、内筒，3-2、保温层，3-3、外筒，3-4、圆形倒角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图2所示，本实用新型为一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，包括炉体1以及设在炉体1中的导流筒3和加热器4，炉体1的下部设有抽气孔2；抽气孔2的顶端与加热器4的下端面平齐；导流筒3的下端口的外边缘设有30°～40°的圆形倒角3-4，并且圆形倒角3-4优选为36°。

如图4所示，导流筒3由内筒3-1、外筒3-3和设在内筒3-1与外筒3-3之间的保温层3-2组成；内筒3-1的上端口与外筒3-3的上端口密闭联接，内筒3-1的下端口与外筒3-3的下端口密闭联接，并且内筒3-1的下端口面位于外筒3-3的下端口面的上方，圆形倒角3-4设在外筒3-3下端口的外边缘上。

Claims (3)

1.一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，包括炉体(1)以及设在炉体(1)中的导流筒(3)和加热器(4)，炉体(1)的下部设有抽气孔(2)；其特征在于：所述抽气孔(2)的顶端与加热器(4)的下端面平齐；所述导流筒(3)的下端口的外边缘设有30°～40°的圆形倒角(3-4)。 

2.根据权利要求1所述的一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，其特征在于：所述圆形倒角(3-4)为36°。 

3.根据权利要求1所述的一种能够降低单晶硅晶棒头部氧含量的单晶炉，其特征在于：所述导流筒(3)由内筒(3-1)、外筒(3-3)和设在内筒(3-1)与外筒(3-3)之间的保温层(3-2)组成；内筒(3-1)的上端口与外筒(3-3)的上端口密闭联接，内筒(3-1)的下端口与外筒(3-3)的下端口密闭联接，并且内筒(3-1)的下端口面位于外筒(3-3)的下端口面的上方，圆形倒角(3-4)设在外筒(3-3)下端口的外边缘上。