[发明专利]一种生产单晶硅的熔料工艺

说明书

技术领域

本发明涉及单晶硅生产技术领域，更具体地说，涉及一种生产单晶硅的熔料工艺。

背景技术

光伏行业领域中，光伏电池是基于硅材料制作的发电系统单元，单晶硅作为光伏电池最重要的一种基材，其大多采用直拉法在单晶炉中进行生产。单晶硅的生产工艺主要包括熔料、引晶、缩颈、放肩、等径生长和收尾。在上述整个生产工艺中，熔料阶段是单晶硅生产工艺中事故发生风险最大的工序，发生的事故包括硅泄漏、坩埚变形、喷料、化料过程中产生杂质较多等，是导致生产成本较高的主要原因之一。

在现有技术中，熔料阶段的生产工艺具体为：在熔料最初的20分钟内，向单晶炉的热场中充入氩气，氩气流量为40L/min，单晶炉的加热器的功率保持为30KW，盛放原料硅的石英坩埚的埚转为0rpm（埚转，石英坩埚的旋转速率，即石英坩埚每分钟的旋转圈数，单位为rpm），此时石英坩埚在热场中的位置位于其所能下降到的最低位置，一般为平口（支撑石英坩埚的石墨坩埚上沿与加热器上沿处于水平时所在的位置）以下110mm；在熔料过程20分钟之后，接下来的20分钟内，加热器功率上升至50KW以对原料硅进行进一步的加热，其他参数不变；再接下来的20分钟内将功率升至80KW，其他参数不变；然后将功率升至95KW，在此功率条件下持续加热300分钟以使固态的原料硅完全熔化成液态的硅溶液，熔料过程完成。

但是，在实际的生产过程中，利用上述熔料工艺生产单晶硅，发现其存在以下缺陷：原料硅在不同阶段产生的氧化硅等杂质无法完全带走，会有一定的残留，进而影响单晶硅的生产质量；坩埚受热不均，使得坩埚发生变形及硅泄漏的风险较高；在熔料完成后，将坩埚位置升高以进行下一工序时，容易发生喷料事故。

因此，如何改善生产单晶硅的熔料工艺，以提高单晶硅的生产质量并降低生产过程中发生事故的风险，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种生产单晶硅的熔料工艺，其能够提高单晶硅的生产质量并降低生产过程中发生事故的风险。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生产单晶硅的熔料工艺，其包括以下步骤：

1）在熔料开始后的30min-60min内，调节氩气流量为70L/min-100L/min，使单晶炉的加热器功率在0KW-80KW的范围内逐渐上升，石英坩埚的转速保持在0.5rpm/min-1rpm/min，并使石英坩埚在单晶炉热场中处于其内盛放的原料硅的顶部距单晶炉的导流筒下沿10mm-20mm的位置；

2）保持加热器功率为77KW-83KW，其余参数不变，直至石英坩埚内的原料硅发生塌料；

3）发生塌料后，将加热器功率降至67KW-73KW，使石英坩埚在热场中上升，直至石英坩埚中的原料硅靠近导流筒的下沿，石英坩埚的转速升至2rpm/min-3rpm/min，并在原料硅后续熔化的过程中，保证原料硅不接触导流筒下沿的前提下，使石英坩埚逐步上升；

4）保持工作状态不变，直至原料硅全部熔化；

5）原料硅全部熔化后，在0s-60s之内，将氩气流量调整至40L/min-60L/min的范围内，加热器功率调为后续引晶工序的引晶功率，石英坩埚的位置升至平口以下35mm-45mm处并保持8min-12min，然后将坩埚位置升至平口位置并保持4min-6min，最后将石英坩埚的位置升至后续引晶工序的引晶埚位，熔料工序完成。

优选的，上述生产单晶硅的熔料工艺中，当原料硅发生塌料后，石英坩埚上沿粘有固体原料硅时，还包括以下步骤：将加热器功率由77KW-83KW降至75KW-80KW的范围内，将石英坩埚的转速由0.5rpm/min-1rpm/min升至5rpm/min-7rpm/min，并保证粘有原料硅的位置不接触导流筒下沿的前提下，使石英坩埚逐步上升，维持此状态直到粘在石英坩埚上沿的粘料掉落。

优选的，上述生产单晶硅的熔料工艺中，当发生塌料的原料硅完全熔化后，粘在石英坩埚上沿的粘料还未熔化时，还包括以下步骤：将石英坩埚的位置降低最低位置，使加热器功率升至82KW-88KW，石英坩埚的转速在2rpm/min-10rpm/min的范围内连续变动，直至粘料从石英坩埚上沿掉落。

优选的，上述生产单晶硅的熔料工艺中，在石英坩埚转速连续变动的过程中，石英坩埚高转速运行的时间为10s-30s，低转速运行的时间在30s-60s之间。