[發(fā)明專利]單晶爐引晶溫度尋找和控制方法

有效

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• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102586864A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁玉平
• 申請（專利權(quán)）人: 常州拜爾光電設(shè)備有限公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32214
• 代理人: 林倩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及單晶爐引晶溫度尋找和控制方法。

背景技術(shù)

目前太陽能光伏發(fā)電是大家共認(rèn)的清潔能源。利用硅單晶所生產(chǎn)的太陽能電池可以直接把太陽能轉(zhuǎn)化為光能。在制造太陽能光伏電池過程中，原生多晶硅在高溫、高真空狀態(tài)下通過提拉的形式變成高純度的單晶棒。在這提拉過程中有一個很重要的環(huán)節(jié)就是要找到適合晶體生長的拉晶溫度，行業(yè)中叫引晶溫度。引晶溫度的控制關(guān)系到能不能引晶成功以及拉晶的穩(wěn)定性。

單晶棒的制作在單晶爐中完成，單晶爐具有主爐室和處于主爐室上方的副室以及處于副室上方的籽晶旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)，主爐室內(nèi)設(shè)有坩鍋，主爐室的筒體上設(shè)有觀察孔，主爐室由主爐室升降機(jī)構(gòu)帶動升降，?副室由副室提升機(jī)構(gòu)帶動提升，坩鍋由坩鍋驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動旋轉(zhuǎn)和升降，籽晶旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)通過鎢絲繩連接籽晶夾頭。多晶材料的熔化、拉伸在主爐室內(nèi)進(jìn)行。主爐室外部設(shè)有測溫裝置，單晶爐具有控制系統(tǒng)。

由于拉晶需要在高溫1420度左右、高真空狀態(tài)下進(jìn)行，還沒有那種材料的溫度計能直接測量到硅溶液的溫度。目前在國內(nèi)一般通過籽晶試驗的方法，先讓硅液降溫，看硅液表面的光澤，憑經(jīng)驗感覺溫度差不多了，然后用籽晶放到硅液中看籽晶周圍的光圈變化，籽晶放下去出現(xiàn)光圈，但很快就變小了，甚至溶化了，說明溫度過高，要再次降溫，假如光圈變大，很快長出晶體，并且速度很快，說明溫度太低，要進(jìn)行加溫，若籽晶和熔硅接觸后，籽晶周圍逐漸出現(xiàn)光圈，最后光圈變圓。若籽晶是方形，籽晶和熔硅接觸的四條棱變成針狀，面上呈圓弧形，圓弧直徑略小于籽晶斷面的棱長，這時的溫度即是引晶溫度。而在主爐室外部測溫裝置上反映出溫度值對應(yīng)的是爐內(nèi)真正的引晶溫度，由操作員把測溫裝置上的溫度值作為引晶溫度輸入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)主爐室外部測溫裝置采集到的溫度信息，圍繞輸入的引晶溫度值進(jìn)行自動控制。一般找引晶溫度都要化一定的時間，短的一個小時，長的好幾個小時，甚至更長，這過程中要耗大量的電和氬氣。

美國的全自動單晶爐采取在爐內(nèi)安裝高級的紅外線測溫儀，每臺要5～6萬元，測的是表面溫度，通過測到的表面溫度傳輸給控制系統(tǒng)進(jìn)行處理、控制，由于拉晶的溫度是硅液下面15mm左右的溫度，而且硅液表面有雜質(zhì)塵埃漂動，會影響紅外線測溫的精確度，該儀器所測度很容易偏離實際所需要的值，同時該儀器安裝在高真空、高溫度的環(huán)境中，也容易出故障，使用成本非常高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種單晶爐引晶溫度尋找和控制方法，能快速、方便、正確地尋找和控制引晶溫度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的第一種技術(shù)方案如下：本方法包括單晶爐，單晶爐具有主爐室以及控制系統(tǒng)，主爐室內(nèi)設(shè)有對坩鍋內(nèi)的硅料加熱的加熱裝置，主爐室外面安裝有測溫裝置，控制系統(tǒng)包括計算機(jī)以及顯示測溫裝置所測得的溫度變化的顯示屏，其特征在于：首先設(shè)定參數(shù)，參數(shù)包括最大化料功率、后段化料時間、化料后的勻溫時間，把上述參數(shù)輸入計算機(jī)；計算機(jī)程序控制啟動加熱裝置后，逐步加大加熱裝置的功率，直至達(dá)到設(shè)定的最大化料功率，在這過程中溫度逐漸上升，計算機(jī)不斷接收到來自測溫裝置的溫度信息，當(dāng)計算機(jī)跟蹤到至少5分鐘時間內(nèi)測溫裝置測得的溫度恒定在某一數(shù)值上，計算機(jī)自動將該溫度設(shè)定為引晶溫度，維持最大化料功率，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的后段化料時間，計算機(jī)指令降低加熱裝置的功率，計算機(jī)根據(jù)測溫裝置采集到的溫度信息與設(shè)定的引晶溫度比較，不斷調(diào)整加熱裝置功率，直至采集到的溫度與設(shè)定的引晶溫度一致并保持恒定，恒定的時間達(dá)到設(shè)定的勻溫時間，拉晶開始。

所述后段化料時間為2至5個小時。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取第二種技術(shù)方案如下：本方法包括單晶爐，單晶爐具有主爐室以及控制系統(tǒng)，主爐室內(nèi)設(shè)有對坩鍋內(nèi)的硅料加熱的加熱裝置，主爐室外面安裝有測溫裝置，控制系統(tǒng)包括計算機(jī)以及顯示測溫裝置所測得的溫度變化的顯示屏，其特征在于：首先設(shè)定參數(shù)，參數(shù)包括化料功率，后段化料時間，化料后的勻溫時間，把上述參數(shù)輸入計算機(jī)；操作人員啟動加熱裝置后，逐步加大加熱裝置的功率，直至達(dá)到設(shè)定的化料功率，在這過程中溫度逐漸上升，操作人員通過顯示屏監(jiān)視測溫裝置的溫度信息，當(dāng)觀察到測溫裝置的溫度至少有5分鐘時間恒定在某一數(shù)值上，操作人員將該數(shù)值輸入計算機(jī)作為引晶溫度，維持最大化料功率，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的后段化料時間，計算機(jī)指令降低加熱裝置的功率，計算機(jī)根據(jù)測溫裝置采集到的溫度信息與設(shè)定的引晶溫度比較，不斷調(diào)整加熱裝置功率，直至采集到的溫度與設(shè)定的引晶溫度一致并保持恒定，恒定的時間達(dá)到設(shè)定的勻溫時間，拉晶開始。

所述后段化料時間為2至5個小時。