本發(fā)明屬于硅太陽(yáng)能拉晶技術(shù)，具體涉及一種硅太陽(yáng)能低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)。

背景技術(shù)：

拉晶是熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié)合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。

硅太陽(yáng)能拉晶行業(yè)一般采用直拉法進(jìn)行拉晶，直拉法需要通過(guò)石墨加熱器產(chǎn)生熱量，通過(guò)熱量輻射將爐內(nèi)石英堝承載的硅料加熱達(dá)到1420℃熔化成液體，然后再在一定狀態(tài)下，利用直拉法生產(chǎn)出單晶。

在采用直拉法生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中，硅單晶生長(zhǎng)的成功與否以及質(zhì)量的高低是由熱場(chǎng)的溫度分布決定的。溫度分布合適的熱場(chǎng)，不僅硅單晶生長(zhǎng)順利，而且品質(zhì)較高；如果熱場(chǎng)的溫度分布不合理，生長(zhǎng)硅單晶的過(guò)程中容易產(chǎn)生各種缺陷，影響質(zhì)量，情況嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)變晶現(xiàn)象而生長(zhǎng)不出來(lái)單晶。因此，對(duì)單晶爐熱場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，有助于優(yōu)化晶體生長(zhǎng)的工藝流程，提高晶體的成品質(zhì)量。

單晶爐常規(guī)熱場(chǎng)的化學(xué)反應(yīng)式如下：

石英堝在高溫下SiO₂不斷反應(yīng)產(chǎn)生O₂，硅棒中99％的氧含量主要受此影響，但是，經(jīng)研究分析表明，這樣會(huì)導(dǎo)致常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒頭部氧含量超標(biāo)，高出標(biāo)準(zhǔn)的硅棒頭部不能作為合格成品，只能切掉，切掉的當(dāng)料重復(fù)利用，造成了非硅成本的浪費(fèi)。

目前，從市場(chǎng)硅片發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，客戶要求硅片在衰減、氧含量指標(biāo)方面進(jìn)行降低，以提高硅片的內(nèi)在品質(zhì)。然而，由于單晶爐常規(guī)熱場(chǎng)存在以上問(wèn)題，使得生產(chǎn)出的硅片無(wú)法滿足客戶的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可以提高硅片品質(zhì)、降低人工成本的硅太陽(yáng)能低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種硅太陽(yáng)能低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)，包括拉晶爐的工作腔和設(shè)于工作腔內(nèi)的石墨加熱器，石墨加熱器的瓣沿著工作腔的內(nèi)部圓周設(shè)置而圍括住用于盛放硅料的坩堝，其特征在于：所述石墨加熱器采用對(duì)應(yīng)于坩堝中上部的主加熱器和對(duì)應(yīng)于坩堝下部的副加熱器，所述主加熱器和副加熱器分別由兩個(gè)電源獨(dú)立控制，所述副加熱器位于主加熱器的正下方，所述主加熱器的瓣和副加熱器的瓣所分別圍括成的筒體同軸等徑，且所述主加熱器和副加熱器的瓣之間具有間隙，在化料階段，所述主加熱器和副加熱器同時(shí)開(kāi)啟工作，主加熱器和副加熱器的功率之比為2：1～3：1，在拉晶階段，降低主加熱器和副加熱器的功率，且主加熱器的功率大于副加熱器的功率，使硅料處于結(jié)晶點(diǎn)，由主加熱器主要控制整個(gè)拉晶時(shí)熱場(chǎng)溫度，從而使熱對(duì)流強(qiáng)度減弱，以減緩石英堝的反應(yīng)速度，降低由于石英堝與硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氧及雜質(zhì)。

本發(fā)明在與常規(guī)熱場(chǎng)相同的空間內(nèi)采用由兩個(gè)電源獨(dú)立控制的兩個(gè)石墨加熱器，在化料階段，分別按照工藝設(shè)定的功率同時(shí)進(jìn)行加熱，產(chǎn)生熱量輻射，將石英堝內(nèi)的硅料熔化成液體，而在引晶、等徑等拉晶階段，由于工藝所需要的功率大幅度下降，因此降低主加熱器的功率和副加熱器的功率，使熱場(chǎng)梯度發(fā)生變化(即熱對(duì)流強(qiáng)度減弱)，降低熱場(chǎng)內(nèi)部溫度，以減緩石英堝的反應(yīng)速度，降低由于石英堝與硅反應(yīng)所產(chǎn)生的氧及雜質(zhì)，減少石英堝反應(yīng)產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)熔入到硅液中，從而降低硅棒氧含量、降低氧施主硅片產(chǎn)出比例，提高硅棒少子壽命，使電池片環(huán)節(jié)的LID衰減降低。另外，本發(fā)明硅棒的氧含量全部達(dá)標(biāo)，避免了硅棒頭部氧含量偏高反切造成的非硅成本的浪費(fèi)。

本發(fā)明的熱場(chǎng)總功率按照工藝推算的熱點(diǎn)位置比例分配主副加熱器所需要的各自功率，熱場(chǎng)中的熱點(diǎn)位置是虛擬的，本發(fā)明熱場(chǎng)中的熱點(diǎn)位置實(shí)際上偏離了常規(guī)熱場(chǎng)的熱點(diǎn)位置，為了盡可能與之保持一致，需要比例分配主副加熱器所需的各自功率。

本發(fā)明的工作原理是：在正常工藝情況下氧可以與空位結(jié)合，形成微缺陷；也可以團(tuán)聚形成氧團(tuán)簇，具有電學(xué)性能；還可以形成氧沉淀，引入誘生缺陷。這些都可能對(duì)單晶硅的性能產(chǎn)生影響。而本發(fā)明通過(guò)熱場(chǎng)變動(dòng)使晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中，氧進(jìn)入晶體內(nèi)部減少，產(chǎn)出的硅棒可以全部在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時(shí)可以提高單晶硅的性能。

本發(fā)明在化料階段，主加熱器的功率是85±8KW，副加熱器的功率是35±8KW，主加熱器和副加熱器的加熱時(shí)間為5±2小時(shí)；在拉晶階段，主加熱器的功率是55±15KW，副加熱器的功率是0～35KW，主加熱器和副加熱器的加熱時(shí)間為5±2小時(shí)。

作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在拉晶階段，降低副加熱器的功率至零，即關(guān)閉副加熱器，此時(shí)，由主加熱器完全控制整個(gè)拉晶時(shí)熱場(chǎng)溫度。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述主加熱器的瓣為長(zhǎng)短間隔設(shè)置，即長(zhǎng)瓣和短瓣間隔設(shè)置，所述長(zhǎng)瓣和短瓣分別為數(shù)對(duì)，每對(duì)中的兩個(gè)長(zhǎng)瓣相對(duì)設(shè)置，每對(duì)中的兩個(gè)短瓣也相對(duì)設(shè)置。本發(fā)明主加熱器的瓣設(shè)置為長(zhǎng)短瓣間隔設(shè)置，可以改變熱場(chǎng)梯度。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述主加熱器的長(zhǎng)瓣和短瓣的長(zhǎng)度之比是大于1：1且小于或等于1.9：1。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述副加熱器的瓣的長(zhǎng)度相同。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述主加熱器的短瓣的長(zhǎng)度大于所述副加熱器的瓣的長(zhǎng)度。

為了避免成本浪費(fèi)，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，用于控制副加熱器的電源還控制處于其它拉晶爐工作腔內(nèi)的副加熱器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著的效果：

⑴本發(fā)明可以減緩石英堝的反應(yīng)速度，降低由于石英堝與硅反應(yīng)所產(chǎn)生的氧及雜質(zhì)，減少石英堝反應(yīng)產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)熔入到硅液中，從而降低硅棒氧含量、降低氧施主硅片產(chǎn)出比例，提高硅棒少子壽命，使電池片環(huán)節(jié)的LID衰減降低，提高市場(chǎng)認(rèn)可度。

⑵本發(fā)明的熱場(chǎng)工藝降低了坩堝底部溫度，可減緩內(nèi)部石英器件反應(yīng)產(chǎn)生的氧的量，使硅棒頭部氧含量全部達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8.8×10E17atoms/cm³以下，最低可做到6.0×10E17atoms/cm³左右，相對(duì)降幅在28％左右；B-O復(fù)合的減少，使頭部硅棒在電池環(huán)節(jié)的LID可以降低0.64％左右。

⑶本發(fā)明硅棒的氧含量全部達(dá)標(biāo)，避免了硅棒頭部氧含量偏高反切造成的非硅成本的浪費(fèi)。

⑷本發(fā)明氧含量的降低可以減少氧與空位結(jié)合形成微缺陷，減少氧沉淀引入誘生缺陷等問(wèn)題，提高單晶硅性能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是設(shè)置本發(fā)明的拉晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明主加熱器和副加熱器的軸向剖視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1生產(chǎn)的摻硼硅棒測(cè)試單根氧含量趨勢(shì)圖；

圖4是常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒測(cè)試單根氧含量趨勢(shì)圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例1和常規(guī)熱場(chǎng)電池環(huán)節(jié)電池測(cè)試衰減對(duì)比圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例1和常規(guī)熱場(chǎng)電池環(huán)節(jié)電池測(cè)試效率對(duì)比圖；

圖7是本發(fā)明實(shí)施例2生產(chǎn)的摻稼料硅棒測(cè)試單根氧含量趨勢(shì)圖；

圖8是常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻稼料硅棒測(cè)試單根氧含量趨勢(shì)圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1、2所示，本發(fā)明一種硅太陽(yáng)能低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)，包括拉晶爐1的工作腔2和設(shè)于工作腔2內(nèi)的石墨加熱器，石墨加熱器的瓣沿著工作腔2的內(nèi)部圓周設(shè)置而圍括住用于盛放硅料的坩堝，石墨加熱器采用對(duì)應(yīng)于坩堝中上部的主加熱器3和對(duì)應(yīng)于坩堝下部的副加熱器4，主加熱器3和副加熱器4分別由兩個(gè)電源獨(dú)立控制，用于控制副加熱器4的電源還控制處于其它拉晶爐工作腔內(nèi)的副加熱器。副加熱器4位于主加熱器3的正下方，主加熱器3的瓣和副加熱器4的瓣6所分別圍括成的筒體同軸等徑，且主加熱器3和副加熱器4的瓣和瓣6之間具有間隙7，在化料階段，主加熱器3和副加熱器4同時(shí)開(kāi)啟工作，主加熱器3和副加熱器4的功率之比為2：1，在本實(shí)施例中，主加熱器3的功率是86KW，副加熱器4的功率是43KW，加熱時(shí)間為5小時(shí)，在拉晶階段，降低主加熱器3和副加熱器4的功率，且主加熱器3的功率大于副加熱器4的功率，在本實(shí)施例中，降低副加熱器4的功率至零，即關(guān)閉副加熱器4，主加熱器3的功率是55KW，加熱時(shí)間是5小時(shí)，使硅料處于結(jié)晶點(diǎn)，此時(shí)，由主加熱器3完全控制整個(gè)拉晶時(shí)熱場(chǎng)溫度，從而使熱對(duì)流強(qiáng)度減弱，以減緩石英堝的反應(yīng)速度，降低由于石英堝與硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氧及雜質(zhì)。

在本實(shí)施例中，主加熱器3的瓣為長(zhǎng)短間隔設(shè)置，即長(zhǎng)瓣31和短瓣32間隔設(shè)置，長(zhǎng)瓣31和短瓣32分別為數(shù)對(duì)，每對(duì)中的兩個(gè)長(zhǎng)瓣31相對(duì)設(shè)置，每對(duì)中的兩個(gè)短瓣32也相對(duì)設(shè)置。本發(fā)明主加熱器的瓣設(shè)置為長(zhǎng)短瓣間隔設(shè)置，可以改變熱場(chǎng)梯度。主加熱器3的長(zhǎng)瓣31和短瓣32的長(zhǎng)度之比是1.5：1，副加熱器4的瓣6的長(zhǎng)度相同，主加熱器3的短瓣32的長(zhǎng)度大于副加熱器4的瓣6的長(zhǎng)度

將本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的三根摻硼硅棒和由常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的三根摻硼硅棒進(jìn)行比較，按每個(gè)硅棒長(zhǎng)度位置進(jìn)行取樣片進(jìn)行氧含量測(cè)試，同時(shí)選擇一臺(tái)對(duì)比爐子(常規(guī)熱場(chǎng))按相同方式取樣并進(jìn)行對(duì)比。

如圖3、圖4所示，三條不同線型分別代表三根硅棒，圖3中，分別是160#01(用圓點(diǎn)構(gòu)成的虛線表示)、160#04(用實(shí)線表示)和160#05(用線段構(gòu)成的虛線表示)，圖4中，分別是150#12(用實(shí)線表示)、150#14(用線段構(gòu)成的虛線表示)和150#01(用圓點(diǎn)構(gòu)成的虛線表示)，橫軸表示硅棒的長(zhǎng)度，單位是mm，縱軸表示硅棒的氧含量，單位是atoms/cm³?？梢钥闯?，由常規(guī)熱場(chǎng)制作的硅棒氧含量頭高尾低，由本發(fā)明熱場(chǎng)制作的硅棒頭部氧含量和尾部氧含量持平或略低。由常規(guī)熱場(chǎng)制作的硅棒頭部氧含量為9.22×10E17atoms/cm³，通過(guò)使用本發(fā)明熱場(chǎng)，可以使硅棒頭部氧含量降至6.43×10E17atoms/cm³，降幅為30％左右。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明由本發(fā)明低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)制作的摻硼硅棒頭部氧含量降幅明顯，全部在拉晶行業(yè)規(guī)定的氧含量8.8×10E17atoms/cm³以下。

將由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的三根摻硼硅棒隨機(jī)選擇1根，分頭、中、尾，常規(guī)熱場(chǎng)按相同方式取樣，然后切片在電池端進(jìn)行嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)，并按照要求測(cè)試衰減情況，具體步驟如下：

1、按照頭、中、尾嚴(yán)格區(qū)分硅片，將實(shí)驗(yàn)片(由本發(fā)明熱場(chǎng)制作的硅棒切片)和對(duì)比片(由常規(guī)熱場(chǎng)制作的硅棒切片)同時(shí)在電池環(huán)節(jié)進(jìn)行生產(chǎn)，將其全部做成成品電池片。

2、按照電池測(cè)試衰減要求，分頭、中、尾進(jìn)行測(cè)試衰減。

測(cè)試結(jié)果如圖5所示，實(shí)線表示由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒，切片在電池端測(cè)試的衰減數(shù)據(jù)；虛線表示由常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒，切片在電池端測(cè)試的衰減數(shù)據(jù)；橫軸表示硅棒的頭、中及尾部位置，縱軸表示衰減幅度。從圖中可以看出，由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒頭部衰減下降最大。

根據(jù)該測(cè)試結(jié)果并結(jié)合圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明由本發(fā)明熱場(chǎng)制作的硅棒氧含量的降低，可以使電池片的LID明顯降低，跟硅棒氧含量降幅趨勢(shì)相同，主要是硅棒頭部衰減降幅為0.64％。

將本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒隨機(jī)選擇1根，分頭、中、尾，常規(guī)熱場(chǎng)爐按相同方式取樣，然后切片在電池端進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)比效率。

具體步驟如下：

1、按照頭、中、尾嚴(yán)格區(qū)分硅片，將實(shí)驗(yàn)片(由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒切片)和對(duì)比片(由常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒切片)同時(shí)在電池環(huán)節(jié)進(jìn)行生產(chǎn)，將其全部做成成品電池片。

2、其中，實(shí)驗(yàn)片中的頭、中、尾都是獨(dú)立區(qū)分，分別統(tǒng)計(jì)電性。

如圖6所示，虛線表示由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒，切片在電池端測(cè)試的效率數(shù)據(jù)；實(shí)線表示由常規(guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒，切片在電池端測(cè)試的效率數(shù)據(jù)；橫軸表示硅棒的頭、中及尾部位置，縱軸表示效率幅度。根據(jù)該組測(cè)試結(jié)果并結(jié)合的圖3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，硅棒頭部氧含量降低幅度越大帶來(lái)的電性越有優(yōu)勢(shì)。其中，硅棒頭部具有提高0.15％效率的優(yōu)勢(shì)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于：將本發(fā)明熱場(chǎng)由摻硼切換成摻稼料，其余參數(shù)不變，每爐生產(chǎn)的硅棒按硅棒長(zhǎng)度位置進(jìn)行取樣片進(jìn)行氧含量測(cè)試；同時(shí)選擇一臺(tái)對(duì)比爐子(采用常規(guī)熱場(chǎng)的拉晶爐)按相同方式取樣并進(jìn)行對(duì)比。

如圖7和圖8所示，采用兩條不同線型分別代表兩根硅棒，圖7中，分別是160#01(用實(shí)線表示)和160#03(用線段構(gòu)成的虛線表示)，圖8中，分別是150#08(用實(shí)線表示)和158#03(用線段構(gòu)成的虛線表示)，橫軸表示硅棒的長(zhǎng)度，單位是mm，縱軸表示硅棒的氧含量，單位是atoms/cm³?？梢钥闯鲇沙Ｒ?guī)熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒氧含量頭高尾低，而由本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的硅棒頭部氧含量和尾部氧含量持平或略低。由常規(guī)熱場(chǎng)制作的硅棒頭部氧含量為8.77×10E17atoms/cm³，通過(guò)使用本發(fā)明的熱場(chǎng)，可以使硅棒頭部氧含量降至6.90×10E17atoms/cm³，降幅為21％左右。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明低氧、低光衰單晶熱場(chǎng)摻稼硅棒頭部氧含量同樣降幅明顯。

再將本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻稼硅棒隨機(jī)選擇1，分頭、中、尾，常規(guī)熱場(chǎng)爐按相同方式取樣，然后切片在電池端進(jìn)行嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)，并按照要求測(cè)試衰減情況，具體步驟和實(shí)施例1相同。測(cè)試結(jié)果顯示，硅棒頭部衰減下降最大。

按照該測(cè)試結(jié)果并結(jié)合圖7所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明本發(fā)明熱場(chǎng)制造的硅棒氧含量的降低，可以使電池片的LID明顯降低。跟硅棒氧含量降幅趨勢(shì)相同。主要是頭部降幅0.64％。

再將本發(fā)明熱場(chǎng)生產(chǎn)的摻硼硅棒隨機(jī)選擇1根，分頭、中、尾，常規(guī)熱場(chǎng)爐按相同方式取樣，然后切片在電池端進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)比效率。具體步驟和實(shí)施例1相同。

根據(jù)該組測(cè)試結(jié)果并結(jié)合的圖7所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，硅棒頭部氧含量降低幅度越大帶來(lái)的電性越有優(yōu)勢(shì)。其中，硅棒頭部可以提高0.15％效率的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明在化料階段，主加熱器和副加熱器的功率之比為2：1～3：1，主加熱器的功率是85±8KW，副加熱器的功率是35±8KW；在拉晶階段，主加熱器的功率是55±15KW，副加熱器的功率是0～35KW；在化料階段，主加熱器和副加熱器的加熱時(shí)間為5±2小時(shí)，在拉晶階段，主加熱器和副加熱器的加熱時(shí)間為5±2小時(shí)。主加熱器的長(zhǎng)瓣和短瓣的長(zhǎng)度之比是大于1：1且小于或等于1.9：1。因此，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。