一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了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(shè)在爐體中的導(dǎo)流筒和加熱器，爐體的下部設(shè)有抽氣孔；所述抽氣孔的頂端與加熱器的下端面平齊。本實用新型在研究氧的傳輸途徑和熔體液流運動的基礎(chǔ)上，采取簡單的技術(shù)手段控制晶體生長過程中氧從石英坩堝溶解進(jìn)入熔體的熔解速率，很好的解決了硅棒頭部氧含量超標(biāo)及返型等一系列難題，滿足了高品質(zhì)單晶硅電池片的需求。
【專利說明】—種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(shù)】
[0002]太陽能單晶硅行業(yè)不斷發(fā)展，對單晶硅的要求也不斷提高，如何做出最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，是業(yè)內(nèi)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(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。據(jù)調(diào)查，光伏組件50%以上的成本消耗于單晶和硅片的生產(chǎn)，因此降低生產(chǎn)成本是企業(yè)取得效益最大化的根本。對于單晶娃生廣來說，提聞了單晶娃棒廣品的品質(zhì)，減少不良品的廣生，就是降低了生產(chǎn)成本。
[0003]單晶硅棒作為初級產(chǎn)品，其品質(zhì)的優(yōu)良狀況，直接影響著后續(xù)轉(zhuǎn)換效率。眾所周知，在直拉法生長中，氧不可避免地?fù)饺牍鑶尉В浞磻?yīng)式為d^+S^ZSiO。對直拉單晶硅中來說，氧是主要的非故意摻入雜質(zhì)，氧與摻雜元素硼的結(jié)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(shù)手段，以降低單晶硅晶棒頭部
氧含量。
[0004]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(jìn)入硅熔體，溶解的氧經(jīng)由熔體的對流和擴散傳輸?shù)骄w一熔體界面或自由表面；熔體中的大多數(shù)氧在熔體自由表面蒸發(fā)，而余下的氧通過晶體一熔體界面的分凝而摻入晶體內(nèi)。由于氧在熔體中的擴散系數(shù)相當(dāng)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(qū)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(dǎo)致沿垂直方向的自然對流；3)由晶轉(zhuǎn)和堝轉(zhuǎn)引起的強迫對流一離心抽運流。
[0005]在理解氧的傳輸途徑和熔體液流運動的基礎(chǔ)上，要控制原生直拉法硅單晶中氧的含量，也就是要設(shè)法控制晶體生長過程中，氧從石英坩堝溶解進(jìn)入熔體的熔解速率和強制調(diào)節(jié)。經(jīng)過大量實驗及前人總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在直拉法制作單晶硅的過程中，Ar流量、堝轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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(biāo)能力是非常有限的。
[0006]研究發(fā)現(xiàn)，熱場結(jié)構(gòu)直接影響到SiO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(xiàn)有技術(shù)中常用單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，抽氣孔2位于爐體I中加熱器4的下方，導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(nèi)容
[0007]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種實現(xiàn)簡單、能夠有效降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐。[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:
[0009]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(shè)在爐體中的導(dǎo)流筒和加熱器，爐體的下部設(shè)有抽氣孔；所述抽氣孔的頂端與加熱器的下端面平齊。
[0010]其中，所述導(dǎo)流筒的下端口的外邊緣設(shè)有30°?40°的圓形倒角。
[0011]其中，所述圓形倒角為36°。
[0012]其中，所述導(dǎo)流筒由內(nèi)筒、外筒和設(shè)在內(nèi)筒與外筒之間的保溫層組成；內(nèi)筒的上端口與外筒的上端口密閉聯(lián)接，內(nèi)筒的下端口與外筒的下端口密閉聯(lián)接，并且內(nèi)筒的下端口面位于外筒的下端口面的上方，圓形倒角設(shè)在外筒下端口的外邊緣上。
[0013]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:
[0014](I)本實用新型通過增大導(dǎo)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SiO氣體的導(dǎo)走，從而經(jīng)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SiO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(xiàn)在的240mm。通過上述改進(jìn)措施,整體溫場梯度發(fā)生了變化，Ar流流向發(fā)生了改變，大大降低了液體硅沖刷石英堝壁產(chǎn)生SiO的數(shù)量，并且Si與SiO2分解產(chǎn)生的SiO漂浮在熔硅表面時，因為熱對流減小，SiO會緊固在石英堝四璧，減少進(jìn)入硅液中央的機會，進(jìn)而減少進(jìn)入單晶的機會。因此，改進(jìn)的單晶爐拉制出的單晶硅棒頭部氧含量大大降低。
[0015]本實用新型在研究氧的傳輸途徑和熔體液流運動的基礎(chǔ)上，采取技術(shù)手段控制晶體生長過程中氧從石英坩堝溶解進(jìn)入熔體的熔解速率，很好的解決了硅棒頭部氧含量超標(biāo)及返型等一系列難題，滿足了高品質(zhì)單晶硅電池片的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常用的單晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是圖1中A區(qū)的局部放大示意圖；
[0019]圖4是圖2中B區(qū)的局部放大示意圖；
[0020]圖中:1、爐體，2、抽氣孔，3、導(dǎo)流筒，4、加熱器，3-1、內(nèi)筒，3-2、保溫層，3-3、外筒，3-4、圓形倒角。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]如圖2所示，本實用新型為一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐，包括爐體I以及設(shè)在爐體I中的導(dǎo)流筒3和加熱器4，爐體I的下部設(shè)有抽氣孔2 ;抽氣孔2的頂端與加熱器4的下端面平齊；導(dǎo)流筒3的下端口的外邊緣設(shè)有30°?40°的圓形倒角3-4，并且圓形倒角3-4優(yōu)選為36°。
[0023]如圖4所不,導(dǎo)流筒3由內(nèi)筒3_1、外筒3_3和設(shè)在內(nèi)筒3_1與外筒3_3之間的保溫層3-2組成；內(nèi)筒3-1的上端口與外筒3-3的上端口密閉聯(lián)接，內(nèi)筒3-1的下端口與外筒3-3的下端口密閉聯(lián)接，并且內(nèi)筒3-1的下端口面位于外筒3-3的下端口面的上方，圓形倒角3-4設(shè)在外筒3-3下端口的外邊緣上。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐，包括爐體(I)以及設(shè)在爐體(I)中的導(dǎo)流筒(3)和加熱器(4)，爐體(I)的下部設(shè)有抽氣孔(2);其特征在于:所述抽氣孔(2)的頂端與加熱器(4)的下端面平齊；所述導(dǎo)流筒(3)的下端口的外邊緣設(shè)有30°?40°的圓形倒角(3-4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐，其特征在于:所述圓形倒角(3-4)為36°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠降低單晶硅晶棒頭部氧含量的單晶爐，其特征在于:所述導(dǎo)流筒⑶由內(nèi)筒(3-1)、外筒(3-3)和設(shè)在內(nèi)筒(3-1)與外筒(3-3)之間的保溫層(3-2)組成；內(nèi)筒(3-1)的上端口與外筒(3-3)的上端口密閉聯(lián)接，內(nèi)筒(3-1)的下端口與外筒(3-3)的下端口密閉聯(lián)接，并且內(nèi)筒(3-1)的下端口面位于外筒(3-3)的下端口面的上方，圓形倒角(3-4)設(shè)在外筒(3-3)下端口的外邊緣上。
【文檔編號】C30B29/06GK203715791SQ201420048722
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】趙會剛, 李德建 申請人:河北寧通電子材料有限公司