[發明專利]一種生產單晶硅的熔料工藝

有效

• 申請號: 201310051893.8
• 申請日: 2013-02-17
• 公開（公告）號: CN103074682A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 尹東坡
• 申請（專利權）人: 英利集團有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B15/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 魏曉波

技術領域

本發明涉及單晶硅生產技術領域，更具體地說，涉及一種生產單晶硅的熔料工藝。

背景技術

光伏行業領域中，光伏電池是基于硅材料制作的發電系統單元，單晶硅作為光伏電池最重要的一種基材，其大多采用直拉法在單晶爐中進行生產。單晶硅的生產工藝主要包括熔料、引晶、縮頸、放肩、等徑生長和收尾。在上述整個生產工藝中，熔料階段是單晶硅生產工藝中事故發生風險最大的工序，發生的事故包括硅泄漏、坩堝變形、噴料、化料過程中產生雜質較多等，是導致生產成本較高的主要原因之一。

在現有技術中，熔料階段的生產工藝具體為：在熔料最初的20分鐘內，向單晶爐的熱場中充入氬氣，氬氣流量為40L/min，單晶爐的加熱器的功率保持為30KW，盛放原料硅的石英坩堝的堝轉為0rpm（堝轉，石英坩堝的旋轉速率，即石英坩堝每分鐘的旋轉圈數，單位為rpm），此時石英坩堝在熱場中的位置位于其所能下降到的最低位置，一般為平口（支撐石英坩堝的石墨坩堝上沿與加熱器上沿處于水平時所在的位置）以下110mm；在熔料過程20分鐘之后，接下來的20分鐘內，加熱器功率上升至50KW以對原料硅進行進一步的加熱，其他參數不變；再接下來的20分鐘內將功率升至80KW，其他參數不變；然后將功率升至95KW，在此功率條件下持續加熱300分鐘以使固態的原料硅完全熔化成液態的硅溶液，熔料過程完成。

但是，在實際的生產過程中，利用上述熔料工藝生產單晶硅，發現其存在以下缺陷：原料硅在不同階段產生的氧化硅等雜質無法完全帶走，會有一定的殘留，進而影響單晶硅的生產質量；坩堝受熱不均，使得坩堝發生變形及硅泄漏的風險較高；在熔料完成后，將坩堝位置升高以進行下一工序時，容易發生噴料事故。

因此，如何改善生產單晶硅的熔料工藝，以提高單晶硅的生產質量并降低生產過程中發生事故的風險，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種生產單晶硅的熔料工藝，其能夠提高單晶硅的生產質量并降低生產過程中發生事故的風險。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種生產單晶硅的熔料工藝，其包括以下步驟：

1）在熔料開始后的30min-60min內，調節氬氣流量為70L/min-100L/min，使單晶爐的加熱器功率在0KW-80KW的范圍內逐漸上升，石英坩堝的轉速保持在0.5rpm/min-1rpm/min，并使石英坩堝在單晶爐熱場中處于其內盛放的原料硅的頂部距單晶爐的導流筒下沿10mm-20mm的位置；

2）保持加熱器功率為77KW-83KW，其余參數不變，直至石英坩堝內的原料硅發生塌料；

3）發生塌料后，將加熱器功率降至67KW-73KW，使石英坩堝在熱場中上升，直至石英坩堝中的原料硅靠近導流筒的下沿，石英坩堝的轉速升至2rpm/min-3rpm/min，并在原料硅后續熔化的過程中，保證原料硅不接觸導流筒下沿的前提下，使石英坩堝逐步上升；

4）保持工作狀態不變，直至原料硅全部熔化；

5）原料硅全部熔化后，在0s-60s之內，將氬氣流量調整至40L/min-60L/min的范圍內，加熱器功率調為后續引晶工序的引晶功率，石英坩堝的位置升至平口以下35mm-45mm處并保持8min-12min，然后將坩堝位置升至平口位置并保持4min-6min，最后將石英坩堝的位置升至后續引晶工序的引晶堝位，熔料工序完成。

優選的，上述生產單晶硅的熔料工藝中，當原料硅發生塌料后，石英坩堝上沿粘有固體原料硅時，還包括以下步驟：將加熱器功率由77KW-83KW降至75KW-80KW的范圍內，將石英坩堝的轉速由0.5rpm/min-1rpm/min升至5rpm/min-7rpm/min，并保證粘有原料硅的位置不接觸導流筒下沿的前提下，使石英坩堝逐步上升，維持此狀態直到粘在石英坩堝上沿的粘料掉落。

優選的，上述生產單晶硅的熔料工藝中，當發生塌料的原料硅完全熔化后，粘在石英坩堝上沿的粘料還未熔化時，還包括以下步驟：將石英坩堝的位置降低最低位置，使加熱器功率升至82KW-88KW，石英坩堝的轉速在2rpm/min-10rpm/min的范圍內連續變動，直至粘料從石英坩堝上沿掉落。

優選的，上述生產單晶硅的熔料工藝中，在石英坩堝轉速連續變動的過程中，石英坩堝高轉速運行的時間為10s-30s，低轉速運行的時間在30s-60s之間。