[實用新型]一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐

有效

• 申請號: 201420048722.X
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN203715791U
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 趙會剛;李德建
• 申請（專利權）人: 河北寧通電子材料有限公司
• 主分類號: C30B29/06
• 分類號: C30B29/06;C30B27/02
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

技術領域

本實用新型涉及一種單晶爐，具體涉及一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐。

背景技術

太陽能單晶硅行業不斷發展，對單晶硅的要求也不斷提高，如何做出最優質的產品，是業內一直研究的課題，解決該課題的有效途徑是利用最少資源做出最優質產品。據調查，光伏組件50％以上的成本消耗于單晶和硅片的生產，因此降低生產成本是企業取得效益最大化的根本。對于單晶硅生產來說，提高了單晶硅棒產品的品質，減少不良品的產生，就是降低了生產成本。

單晶硅棒作為初級產品，其品質的優良狀況，直接影響著后續轉換效率。眾所周知，在直拉法生長中,氧不可避免地摻入硅單晶，其反應式為：S_i0₂+S_i=2S_i0。對直拉單晶硅中來說，氧是主要的非故意摻入雜質，氧與摻雜元素硼的結合目前被證實為是造成p型單晶太陽能電池光致衰減的原因。因此，有必要采取必要的技術手段，以降低單晶硅晶棒頭部氧含量。

如何降低單晶硅晶棒頭部氧含量，首先要弄清氧的來源及運動軌跡。首先，氧從石英坩堝溶解進入硅熔體,溶解的氧經由熔體的對流和擴散傳輸到晶體－熔體界面或自由表面；熔體中的大多數氧在熔體自由表面蒸發,而余下的氧通過晶體－熔體界面的分凝而摻入晶體內。由于氧在熔體中的擴散系數相當小,所以通過熔體對流來傳輸氧是主要的。直拉單晶硅中熔體流主要有三部份組成：1）從冷晶體邊緣到熱坩堝壁,由表面張力降低所驅動的沿著自由表面的熱表面張力對流；2）熔體表面與熔體底部存在溫度梯度,因熔體密度差引起的浮力導致沿垂直方向的自然對流；3）由晶轉和堝轉引起的強迫對流—離心抽運流。

在理解氧的傳輸途徑和熔體液流運動的基礎上,要控制原生直拉法硅單晶中氧的含量,也就是要設法控制晶體生長過程中,氧從石英坩堝溶解進入熔體的熔解速率和強制調節。經過大量實驗及前人總結，發現在直拉法制作單晶硅的過程中，Ar流量、堝轉轉速、液面距離高低、投料量的多少，都會對單晶氧含量造成不同程度的影響，但實際上，上述措施對改變單晶硅中氧含量的指標能力是非常有限的。

研究發現，熱場結構直接影響到S_iO的排放速度,繼而影響到單晶硅棒中的氧含量。如圖1所示為現有技術中常用單晶爐的結構示意圖，其中，抽氣孔2位于爐體1中加熱器4的下方，導流筒3的下端口外邊緣的圓形倒角為5°左右（如圖3所示）。實際工作中，利用這種結構的單晶爐拉制出的單晶硅棒頭部氧含量通常會很高。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種實現簡單、能夠有效降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐。

為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是：

一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐，包括爐體以及設在爐體中的導流筒和加熱器，爐體的下部設有抽氣孔；所述抽氣孔的頂端與加熱器的下端面平齊。

其中，所述導流筒的下端口的外邊緣設有30°～40°的圓形倒角。

其中，所述圓形倒角為36°。

其中，所述導流筒由內筒、外筒和設在內筒與外筒之間的保溫層組成；內筒的上端口與外筒的上端口密閉聯接，內筒的下端口與外筒的下端口密閉聯接，并且內筒的下端口面位于外筒的下端口面的上方，圓形倒角設在外筒下端口的外邊緣上。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

（1）本實用新型通過增大導流筒的下端口外邊緣圓形倒角的角度，使其更具流線型，便于S_iO氣體的導走，從而經該熱場拉出的單晶氧含量明顯降低；（2）本實用新型將單晶爐的抽氣孔的位置抬高，更利于S_iO氣體的排出，例如對于90型單晶爐，將其抽氣孔由之前的160mm抬高到現在的240mm。通過上述改進措施，整體溫場梯度發生了變化，Ar流流向發生了改變，大大降低了液體硅沖刷石英堝壁產生S_i0的數量，并且S_i與S_iO₂分解產生的S_iO漂浮在熔硅表面時，因為熱對流減小，S_iO會緊固在石英堝四璧，減少進入硅液中央的機會，進而減少進入單晶的機會。因此，改進的單晶爐拉制出的單晶硅棒頭部氧含量大大降低。

本實用新型在研究氧的傳輸途徑和熔體液流運動的基礎上,采取技術手段控制晶體生長過程中氧從石英坩堝溶解進入熔體的熔解速率，很好的解決了硅棒頭部氧含量超標及返型等一系列難題，滿足了高品質單晶硅電池片的需求。

附圖說明