[發明專利]一種偏心的直拉硅單晶爐及其拉晶工藝

在審

• 申請號: 202210922506.2
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115323481A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 張波;趙彩霞;楊旭彪;楊飛飛;梁玲;呂濤
• 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: C30B15/30
• 分類號: C30B15/30;C30B15/00;C30B29/06
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 耿聯軍

本發明涉及太陽能電池生產領域，一種偏心的直拉硅單晶爐，包括爐體、坩堝、籽晶桿，坩堝安裝在爐體內部，坩堝內部裝有熔融硅液，坩堝偏離坩堝軸中心線自轉轉動；籽晶桿安裝在爐體內部，籽晶桿沿著自身軸中心線自轉轉動，籽晶桿沿著自身軸向相對所述坩堝可升降。本發明坩堝偏離坩堝軸中心線自轉相當于增大了坩堝口徑，因此對雜質的分離效果大于不偏心的坩堝。

技術領域

本發明涉及太陽能電池生產領域，特別涉及直拉硅單晶爐領域。

背景技術

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。目前，以光伏效應工作的晶硅太陽能電池為主流，晶硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。

單晶硅太陽能電池發電效率高于多晶硅太陽能電池，單晶硅太陽能電池得到越來越廣泛的應用。單晶硅片的質量決定單晶硅太陽能電池的質量，因此，提高單晶硅片的質量至關重要。單晶硅片由單晶硅棒去皮后切割而成，在拉制單晶硅棒的過程中，主要的原生缺陷，根據不同的檢測方法可將其命名為：晶體原生缺陷(Crystal Originated Particle，簡稱COP)、流動圖案缺陷(FlowPattern Defect，簡稱FPD)、或者激光散射層析缺陷(Laserscattering topography defect，簡稱LSTD)。晶體原生缺陷形成主要是由空位和自間隙硅原子的過飽和度引起的，可以通過減少熔融硅中的雜質以及保持熔融硅內部溫度的均勻性來減少晶體原生缺陷。此外空洞型缺陷的形成通常經過兩個過程，首先是少量空位的聚集形核，然后形成核心吸收大量的空位從而形成空洞型缺陷。其中空洞型缺陷快速形核的溫度區間Tn大致為1040℃～1120℃之間，這個過程主要決定缺陷尺寸大小。當單晶硅棒溫度小于Tn后，空洞型缺陷開始生長，這個過程中溫度的降低，主要是增加缺陷的密度，而缺陷的尺寸不會有太大的變化。因此，為了讓生產的單晶硅棒中缺陷的尺寸變小，密度變大，需要讓單晶硅棒盡可能快速的通過缺陷形核的溫度區間，到達缺陷生長的溫度區間。

熔融硅中的雜質去除上，在當前已經達到了一個極限，進一步消除熔融硅中的雜質往往成本過高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何進一步減少單晶硅電池片中的雜質，同時更進一步消除單晶硅結晶過程的晶體原生缺陷。

本發明所采用的技術方案是：一種偏心的直拉硅單晶爐，包括爐體、坩堝、籽晶桿，坩堝安裝在爐體內部，坩堝內部裝有熔融硅液，坩堝偏離坩堝軸中心線自轉轉動；籽晶桿安裝在爐體內部，籽晶桿沿著自身軸中心線自轉轉動，籽晶桿沿著自身軸向相對所述坩堝可升降。

坩堝轉動的中心線與籽晶桿轉動的中心線重合。

該直拉硅單晶爐還包括進氣管和分流擋板，分流擋板為固定在罩體上的柵欄狀環形板，進氣管處于分流擋板上方。

坩堝安裝在第一電機的輸出軸上，并通過支撐架將坩堝底部穩定固定在第一電機的輸出軸上，第一電機的輸出軸中心線與坩堝軸中心線不重合。

該直拉硅單晶爐還包括罩體、升降裝置，籽晶桿位于罩體內，籽晶桿通過連接繩連接升降裝置。

升降裝置包括螺柱、齒輪、第二電機，螺柱有多根并且都嚙合在齒輪的周側，多根螺柱在同一個水平面的投影處于一個圓上，多根螺柱中一根螺柱的上端安裝在第三電機的輸出軸上，其它螺柱的上端都直接固定在爐體內側頂部，第三電機的底座固定在爐體內側頂部，第三電機轉動時，帶動齒輪轉動，齒輪在轉動過程中上升或者下降，齒輪在上升或者下降過程中帶動第三電機上升或者下降，第三電機的輸出軸連接籽晶桿，從而實現籽晶桿沿著自身軸中心線自轉轉動，且可以實現沿著自身軸向相對所述坩堝上升或者下降。

一種偏心的直拉硅單晶爐進行拉晶的工藝，籽晶桿帶著硅棒緩慢上升的同時，熔融硅液中的籽晶或硅片下部在結晶，籽晶桿每緩慢上升1-2厘米后，籽晶桿在1-2秒鐘時間內下降2-3厘米，然后再在1-2秒鐘時間內上升2-3厘米，然后再在1-2秒鐘時間內緩慢上升1-2厘米進而使剛剛完成結晶的硅棒底部重結晶，減少原生缺陷。