[發(fā)明專利]一種直拉硅芯原料棒的熔接工藝

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• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109837584A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 羅曉斌;楊旭彪;辛玉龍;董皓
• 申請（專利權）人: 山西潞安太陽能科技有限責任公司
• 主分類號: C30B15/20
• 分類號: C30B15/20;C30B29/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發(fā)明涉及直拉硅芯原料棒的熔接領域。一種直拉硅芯原料棒的熔接工藝，當發(fā)現(xiàn)存在單晶硅芯棒斷棱、多晶硅芯棒提斷、晶棒直徑突變?nèi)N中任意一種情況時，進入回熔階段，在回熔階段中，采用功率控制，并且采用手動控制，當發(fā)生單晶硅芯棒斷棱時，將功率增加至等徑功率+35kw，回熔長度在硅芯棒直徑+20mm以上，當發(fā)生多晶硅芯棒提斷時，將功率增加至等徑功率+35kw，回熔長度大于80mm，當發(fā)生晶棒直徑突變時，將功率增加至等徑功率+35kw。

技術領域

本發(fā)明涉及直拉硅芯原料棒的熔接領域。

背景技術

目前，光伏行業(yè)已成為可再生能源領域的一匹黑馬，其中，多晶硅產(chǎn)業(yè)是整個光伏產(chǎn)業(yè)的最上游，其生產(chǎn)方法主要有兩種，一是改良西門子法，二是硅烷流化床法，其中，改良西門子法被行業(yè)普遍采用，其原理是在還原爐內(nèi)通入三氯氫硅和氫氣，同時爐內(nèi)放置硅芯，給硅芯棒通電加熱至反應溫度，然后通過化學氣相沉積的方法，讓硅沉積在硅芯表面上，生產(chǎn)出滿足要求的原生多晶硅。所以說硅芯是多晶硅生產(chǎn)過程中必不可少的原材料之一，而切割方硅芯的原料棒，多采用直拉硅芯棒進行切割。

直拉硅芯棒（以下簡稱硅芯棒）的生長過程是在直拉單晶爐內(nèi)完成的。硅芯棒拉制工藝與太陽能級單晶硅棒類似，采用CZ技術，也叫直拉單晶制造法。該方法是把硅料置于石英坩堝內(nèi)，在單晶爐中加熱熔化，再用一根單晶籽晶浸入硅液中，通過準確的溫度控制，讓熔融硅液延籽晶生長，通過引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑、收尾等工藝過程，最終長出一根圓柱形的硅棒。

硅芯棒可以分為單晶和多晶兩種，單晶硅芯棒是指整個晶棒是一塊原子排列整齊的單晶體，其表面光滑，有明顯的棱線。多晶硅芯棒表面有明顯的晶界，沒有棱線。單晶硅芯棒與單晶硅棒沒有本質(zhì)區(qū)別，生產(chǎn)工藝也一樣。而在生產(chǎn)多晶硅芯棒時，需要在放肩階段，通過溫度、晶轉(zhuǎn)等參數(shù)的擾動，讓棱線消失。實際生產(chǎn)中影響較大的往往是直徑較小、隱裂及位錯較為嚴重。受直拉工藝自身特點影響，硅棒直徑無法保持一致，浮動范圍約3-5mm，個別的最大直徑和最小直徑差可能達到10mm以上。生產(chǎn)過程中受機臺設備或人員操作等因素影響，導致硅棒直徑突變的情況屢見不鮮。

一方面，生產(chǎn)硅芯為縱向切割，切割方向平行于軸線，最小直徑一旦小于某特定長度，離中心距離最遠的硅芯由于橫截面不達標只能報廢；另一方面，在拉制單晶硅芯棒生產(chǎn)過程中，如果出現(xiàn)斷棱，則有可能導致整爐報廢。這是因為如果繼續(xù)拉制則為廢棒，如果是前期斷棱，還可以回熔重新拉制，如果是后期斷棱則需要回熔的硅棒過長，回熔后繼續(xù)拉制，甚至會超出石英坩堝使用壽命。在拉制多晶硅芯棒時，由于設備或操作原因，也會出現(xiàn)提斷情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何提供一種直拉硅芯原料棒的熔接工藝，提高成品率，降低生產(chǎn)成本，彌補生產(chǎn)工藝中的不足。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種直拉硅芯原料棒的熔接工藝，當發(fā)現(xiàn)存在單晶硅芯棒斷棱、多晶硅芯棒提斷、晶棒直徑突變?nèi)N中任意一種情況時，進入回熔階段，在回熔階段中，采用功率控制，并且采用手動控制，當發(fā)生單晶硅芯棒斷棱時，將功率增加至等徑功率+35kw，回熔長度在硅芯棒直徑+20mm以上，當發(fā)生多晶硅芯棒提斷時，將功率增加至等徑功率+35kw，回熔長度大于80mm，當發(fā)生晶棒直徑突變時，將功率增加至等徑功率+35kw，回熔長度是將直徑異常部分回熔完并且整體回熔長度大于等于80mm；回熔完畢后進入穩(wěn)溫階段，在穩(wěn)溫階段直拉單晶爐由功率控制切換為溫度控制，設定溫度為等徑溫度+20℃，穩(wěn)溫2個小時，確保熔液內(nèi)及熔液表面形成相對穩(wěn)定的熱對流環(huán)境，利于拉晶；穩(wěn)溫階段結(jié)束后進入接棒階段，把硅棒浸入硅液，開始接棒，前期為0.2-0.7mm/min低拉速生長，根據(jù)固液面光圈情況及時調(diào)節(jié)晶升、堝升及溫度參數(shù)，等長晶長度大于50mm、晶體生長情況趨于穩(wěn)定后由手動狀態(tài)切換為自動等徑狀態(tài)。