一种用于降低大尺寸直拉单晶硅片缺陷的拉制方法与流程

1.本发明涉及太阳能直拉单晶硅技术领域，尤其涉及一种用于降低大尺寸直拉单晶硅片缺陷的拉制方法。


背景技术：

2.在太阳能光伏行业中，直拉单晶硅棒切片后的单晶硅片是太阳能电池非常重要的一种基础材料。目前，制作硅单晶的最主要的方法有直拉法cz和区熔法fz，其中直拉法更加适于大规模生产。
3.直拉法是将一根具有固定晶向和直径的单晶硅棒作为籽晶，将籽晶降到硅熔体表面上生长大直径的单晶硅棒。直拉硅单晶是在直拉单晶炉中进行的，其中主要有高纯石墨热场系统、石英坩埚、晶体旋转提拉装置及坩埚旋转升降装置，石英坩埚装有原生多晶硅料，还有少量的掺杂剂使其生成 n 型或 p 型硅单晶。在拉晶过程中，籽晶或硅晶体与石英坩埚相向旋转，通过化料、引晶、放肩、等径、收尾和冷却等过程形成硅单晶，在晶体生长过程中，如何设定生长参数v/g，将影响硅单晶棒的品质。硅单晶棒的品质取决于晶体中的缺陷和杂质，晶体缺陷中的void原生缺陷对生长大直径直拉硅单晶非常重要，void缺陷是在晶体生长过程中，由空位聚集而成的，它与晶体生长条件密切相关。某一生长速率下，在单晶硅的横截面上，环形的氧化堆垛层错r
‑
osf将晶体分成两个缺陷区域，其内部是void缺陷区；外部是间隙型缺陷区，也叫a缺陷区，a缺陷是由间隙型位错环组成。
4.voronkov提出了空位富集区和自间隙原子富集区关系的理论，提出在无位错cz
‑
si单晶中原生缺陷由特征参量v/g控制，这里v是单晶生长速率，g是在界面处轴向温度梯度。如果v/g等于某个临界值ccrit，就形成r
‑
osf，如果 v/g<ccrit，就形成a/b型旋涡缺陷，如果v/g＞ccrit，就会出现void缺陷。
5.目前，直拉单晶行业向大尺寸趋势迈进，更有利于降低太阳能发电的度电成本，而晶体生长速率越大，产量越高，所以实际生产中希望晶体生长速率尽可能大，而且随着硅片直径的增大，温度梯度也逐渐减小，这两个因素使v/g的值增大，容易产生空位富集，在大直径硅片中存在大量的void型缺陷；且在进入晶体等径生长头部容易出现温度不稳定而导致的拉速忽高忽低，氧和空位的扩散使得空位与氧反应形成氧—空位复合体，在后续电池扩磷和烧结等加工工序中会扩散、团聚并长大，最终导致位错密度增加从而在制成太阳能电池时中心发黑，严重影响太阳能电池片的转换效率和衰减。


技术实现要素：

6.本发明目的就是为了解决现有直拉单晶存在的上述问题，提供了一种用于降低大尺寸直拉单晶硅片缺陷的拉制方法，可以明显减少单晶头部空位团，降低头部氧含量，减少大尺寸直拉单晶硅片的缺陷，提高其质量。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种用于降低大尺寸直拉单晶硅片缺陷的拉制方法，具体包括以下步骤：
（1）装料：将原生硅料和回收料按照2：1的比例投料；（2）抽空捡漏：选择合适的抽空极限和漏气速率；（3）全熔稳定：将坩埚内的硅料熔化，待所述硅料完全熔化后，将功率降至引晶功率，然后将所述坩埚转开至引晶转速稳定熔体；（4）引晶、放肩、转肩、等径：高温熔接，采用 dash 缩颈排除位错法引晶、放肩、转肩 、等径，手动控制晶体等径生长至所需长度，待直径控制均匀、拉速稳定后自动控制晶体生长 、收尾以及停炉。
8.进一步地，所述步骤（2）中，抽空极限为 40mtor以下，漏气速率为100tor/min。
9.进一步地，所述步骤（3）中，主加热器功率为95~100kw，底加热器为70~80kw，硅料熔完控制熔体温度不超过 1530℃，功率将至引晶功率后，埚转为6~8rpm，缓慢上升坩埚至引晶埚位，压力维持在14tor，稳定 2h以上。
10.进一步地，所述步骤（4）中，dash缩颈排除位错法引晶过程中，细颈为φ5~φ6mm之间，长度 >150mm。
11.进一步地，所述步骤（4）中，32寸热场采用0.9mm/min的拉速放肩，给定降温量为3kw，后期根据肩部生长情况调整大小，当肩部直径达到φ160~φ180mm之间时，逐渐提高拉速到 1~1.2mm/min，放肩步骤的后期形成的肩部夹角为90
°
~120
°
。
12.进一步地，所述步骤（4）中，转肩步骤中当直径接近φ226mm 时，采用低于2.6mm/min 的拉速手动转肩。
13.进一步地，所述步骤（4）中，等径步骤中所述手动控制晶体等径生长长度为 30~50mm。
14.进一步地，所述步骤（4）中，等径步骤满足如下公式l=547000*m/d2，其中 l 为等径长度，单位为mm；m为等径长度内晶体重量，单位为kg ；d为晶体的直径，单位为mm。
15.进一步地，所述步骤（4）中，收尾步骤中收尾长度大于150mm，断面直径50mm。
16.进一步地，所述步骤（4）中，停炉步骤后晶体以 4~5mm/min的拉速上升冷却。
17.本发明的技术方案中，通过一系列的引晶、放肩、转肩、等径步骤，使得相比于传统的制备方法来说，单晶头部空位团明显减少，头部氧含量明显降低，且利用本发明的方法拉制的大直径单晶硅片制备的电池不会出现中心发黑现象，光衰低，电性能优越。
附图说明
18.图1为采用现有拉制技术制备的单晶硅片制作的电池pl图；图2为采用本发明的拉制方法制备的单晶硅片制作的电池pl图。
具体实施方式
19.实施例1为使本发明更加清楚明白，下面结合附图对本发明的一种用于降低大尺寸直拉单晶硅片缺陷的拉制方法进一步说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
20.本实施例1中采用130型炉，通过以下步骤制造硅单晶，其特征在于：（1）装料：总投料量570kg，其中原生硅料与回收料比例为2:1；
（2）抽空检漏：抽空极限为40mtor以下，漏气速率为100mtor/min；（3）全熔稳定：主加热器功率为 95kw，底加热器为70kw，料熔完控制熔体温度不超过1530℃，将功率降至引晶功率，埚转为6rpm，缓慢上升坩埚至引晶埚位，压力维持在14tor，稳定 2h以上；（4）引晶：降下籽晶，晶转为8rpm，高温熔接，采用dash缩颈排除位错法引晶，细颈为φ5~φ6mm 之间，长度>150mm；（5）放肩：采用0.9mm/min的拉速放肩，前期降温量3kw，后期根据肩部生长情况在上述范围内调整给定温校速率，肩部直径达到φ160~φ180mm 之间时逐渐提高拉速到 1~1.2mm/min之间；（6）转肩：当直径接近φ226mm 时，采用低于2.6mm/min的拉速转肩；（7）等径：手动控制等径生长至30~50mm，待直径控制均匀、拉速稳定后投入自动控制，头部拉速为1.3mm/min，直径控制在φ230
±
2mm；（8）收尾：等径长度达到后切换至自动收尾控制，收尾长度大于150mm，断面直径必须50mm，尽量收尖；（9）停炉：收尾完成晶体以4~5mm/min 的拉速上升冷却，加热功率在30min 内降为零，晶体冷却时间为6h。
21.（10）取棒拆炉：关闭主室球阀后关闭主室真空泵电源，待氩气充至常压，开炉先取出晶体，后将石墨热场取出冷却清理。
22.实施例2本实施例中采用 140 型炉，通过以下步骤制造硅单晶，其特征在于：（1）装料：装料610kg，原生硅料与回收料比例为 2:1；（2）抽空检漏：抽空极限为 40mtor以下，漏气速率为100tor/min；（3）全熔稳定：加热功率为100kw，底加热器为80kw，硅料熔完控制熔体温度不超过1530℃，将功率降至引晶功率，埚转为8rpm，缓慢上升坩埚至引晶埚位，压力维持在14to，稳定 2h以上；（4）引晶：降下籽晶，晶转为 10rpm，高温熔接，采用 dash 缩颈排除位错法引晶，细颈为φ5~φ6mm之间，长度>150mm；（5）放肩：140炉采用0.8mm/min 的拉速放肩，前期降温速率为4kw；（6）转肩：当直径接近φ226mm 时，采用低于2.6mm/min的拉速可自动转肩；（7）等径：头部拉速为1.35mm/min，直径控制在φ230
±
2mm；（8）收尾：等径长度达到后自动切换至收尾控制，收尾长度大于150mm，断面直径必须50mm，尽量收尖；（9）停炉：收尾完成晶体以4~5mm/min 的拉速上升冷却，加热功率在30min 内降为零，晶体冷却时间为57h；（10）取棒拆炉：关闭主室球阀后关闭主室真空泵电源，待氩气充至常压，开 炉先取出晶体，后将石墨热场取出冷却清理。
23.本发明中，硅料熔完立即降至引晶功率，降低熔硅与石英坩埚化学反应si sio2→ꢀ
2sio的剧烈程度，减少硅熔体中sio的含量。然后，将坩埚转开至引晶转速，熔体稳定2小时以上，利于熔体中一氧化硅sio的挥发，也有利于后期引晶、放肩及晶体生长。
24.除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。