单晶生长控制方法、装置和存储介质与流程

1.本发明涉及一种单晶生长控制方法、装置和存储介质，属于单晶制造技术领域。


背景技术：

2.随着光伏行业的快速发展，拉晶车间迫切需要一种质量高、效率快的拉晶晶体生长方法，拉取高规格的晶棒，从而生产出光电转换效率更高的太阳能电池片。现有的拉晶车间的主要问题在于依靠人工经验调整热场温度和提拉速度，进而控制晶体直径生长。这种人工经验控制的方法难以满足用户对高规格电池片的需求，极大的阻碍了光伏行业的发展，于是单晶生长智能控制的方法应运而生。
3.现有的单晶生长方法包括：首先获取热场温度和晶体直径数据对，然后采用输出相关性时滞确定算法、利普希茨商和栈式稀疏自动编码器获得热场温度
‑
晶体直径非线性大时滞模型，最后求解热场温度，控制晶体直径。
4.然而由于上述方法依靠实时测量晶体直径数据，受到实时测量直径影响很大，测量误差易导致训练预测模型失败。同时，通过调整热场温度控制晶体直径，过于单一，控制直径存在较长时间滞后。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种单晶生长控制方法、装置和存储介质，用于解决现有技术中存在的问题。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.根据第一方面，本发明实施例提供了一种单晶生长控制方法，所述方法包括：
8.在拉晶前获取直径信息，所述直径信息包括测量得到的坩埚内壁的真实直径、单晶生产规格所需的目标直径以及通过视觉采集系统采集到的所述坩埚的采集直径；
9.在拉晶过程中，通过所述视觉采集系统定时采集单晶生长图像，根据所述单晶生长图像获取单晶生长光圈与所述坩埚内壁的直线距离；
10.根据在预设周期内定时获取到的各个直线距离，计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度；
11.根据所述直径信息和所述变化速度控制单晶生长。
12.可选的，所述根据在预设周期内定时获取到的各个直线距离，计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度，包括：
13.获取在所述预设周期内获取到的至少两个直线距离；
14.对于任意一组直线距离，根据每组直线距离的距离差以及获取两个直线距离的时间差，确定得到初始变化速度；每组直线距离包括两个；
15.根据确定得到的各个初始变化速度计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度。
16.可选的，所述根据所述直径信息和所述变化速度控制单晶生长，包括：
17.根据所述采集直径和所述真实直径确定直径缩放比例；
18.根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长。
19.可选的，所述根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长，包括：
20.在籽晶预热完成且液面温度达到引径温度时，设定晶转速度、坩埚转速和晶体提拉速度；
21.在熔料阶段，控制所述晶转速度和所述坩埚转速恒定，调节所述晶体提拉速度，进而使得所述变化速度在预设时间内保持在第一速度均匀减小。
22.可选的，所述根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长，包括：
23.在放肩阶段，控制晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第一速度范围内；
24.当所述真实直径与所述直线距离的差值为第一预设值时，调整所述晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第二速度范围内，所述第一预设值根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定，所述第二速度范围的最大速度小于所述第一速度范围的最小速度。
25.可选的，所述根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长，包括：
26.在转肩阶段，当所述真实直径与所述直线距离的差值为第二预设值时，调整晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第三速度范围内，进而使得在真实直径与所述直线距离的差值为第三预设值时，所述变化速度降为0；
27.所述第二预设值和所述第三预设值为根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定，所述第二预设值与所述第三预设值不同。
28.可选的，所述根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长，包括：
29.在等径阶段，保持晶体提拉速度恒定，调整晶转速度和坩埚转速，使得所述直线距离的数值保持为预设数值。
30.可选的，所述根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长，包括：
31.在收尾阶段，保持晶转速度和坩埚转速恒定，提升热场温度并增大晶体提拉速度使得所述直线距离增大；
32.当所述真实直径与所述直线距离的差值为第四预设值时，降低晶体提拉速度，并提高晶转速度和坩埚转速，所述第四预设值为根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定。
33.第二方面，提供了一种单晶生长控制装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如第一方面所述的方法。
34.第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如第一方面所述的方法。
35.通过在拉晶前获取直径信息，所述直径信息包括测量得到的坩埚内壁的真实直
径、单晶生产规格所需的目标直径以及通过视觉采集系统采集到的所述坩埚的采集直径；在拉晶过程中，通过所述视觉采集系统定时采集单晶生长图像，根据所述单晶生长图像获取单晶生长光圈与所述坩埚内壁的直线距离；根据在预设周期内定时获取到的各个直线距离，计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度；根据所述直径信息和所述变化速度控制单晶生长。也即在单晶生长过程中，根据单晶生长状况实时控制单晶生长，解决了现有技术中单晶生长控制存在滞后的问题，达到了可以灵活快速的实时控制单晶生长的效果。另外，本技术不一来晶体直径测量，而是通过变化来控制单晶生长，避免了现有技术中由于直径测量误差而导致的晶体控制失败的问题。
36.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
37.图1为本发明一个实施例提供的单晶生长控制方法的方法流程图。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
42.请参考图1，其示出了本技术一个实施例提供的单晶生长控制方法的方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
43.步骤101，在拉晶前获取直径信息，所述直径信息包括测量得到的坩埚内壁的真实直径、单晶生产规格所需的目标直径以及通过视觉采集系统采集到的所述坩埚的采集直径；
44.坩埚内壁的真实直径d1可以通过物理方法测量得到，比如，通过卡尺等等。当然实际实现时，还可以通过其他测量方式，比如红外测量得到，对此并不做限定。
45.目标直径d3是指当前所需制作的单晶规格的标准直径，通常可以通过读取规格书获取。
46.视觉采集系统可以为诸如摄像机之类的图像采集设备，在视觉采集系统采集到包括坩埚的图像之后，即可通过对图像分析来确定得到图像中的坩埚的采集直径d2。实际实现时，可以通过神经网络对采集到的图像进行分析，也可以通过二值化等方式对采集到的图像进行分析，本实施例对其具体分析方式并不做限定。
47.步骤102，在拉晶过程中，通过所述视觉采集系统定时采集单晶生长图像，根据所述单晶生长图像获取单晶生长光圈与所述坩埚内壁的直线距离；
48.比如，每个预设时间间隔视觉采集系统采集一次图像，识别采集到的图像中单晶生长光圈与坩埚内壁的直线距离d。与上述识别方式类似，在本步骤中，可以通过神经网络来识别直线距离，也可以通过二值化等其他方式来识别，对此并不做限定。
49.步骤103，根据在预设周期内定时获取到的各个直线距离，计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度；
50.预设周期可以为预先设定得到的周期，也可以为系统默认的周期，比如，预设周期为2s等等。实际实现时，预设周期的长度大于视觉采集系统定时采集图像的时间间隔。
51.由于视觉采集系统定时获取直线距离，且预设周期大于视觉采集系统定时采集图像的时间间隔，因此，在预设周期内可以获取得到多个直线距离。在本步骤中可以根据获取得到的多个直线距离以及获取每个直线距离的时间，来计算在预设周期内直线距离的变化速度。
52.可选的，本步骤包括：
53.第一，获取在所述预设周期内获取到的至少两个直线距离；
54.第二，对于任意一组直线距离，根据每组直线距离的距离差以及获取两个直线距离的时间差，确定得到初始变化速度；每组直线距离包括两个；
55.初始变化速度＝
▽
d/
▽
t，其中
▽
d为
▽
t内距离的变动量。
56.第三，根据确定得到的各个初始变化速度计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度。
57.实际实现时，可以计算各个初始变化速度的平均速度，将计算得到的平均速度确定为在预设周期内直线距离的变化速度。当然，还可以取多个初始变化速度中处于中位数的速度为最终的变化速度，本实施例对此并不做限定。
58.以计算平均速度来举例说明，变化速度v
t
＝(
▽
d1/
▽
t1 λ
▽
dn/
▽
tn)/n，n为正整数。
59.步骤104，根据所述直径信息和所述变化速度控制单晶生长。
60.实际实现时，本步骤包括：
61.第一，根据所述采集直径和所述真实直径确定直径缩放比例；
62.直径缩放比例k＝d2/d1。
63.第二，根据所述直径信息、所述直径缩放比例、所述变化速度以及拉晶所处的阶段，控制单晶生长。
64.在引径阶段，在籽晶预热完成且液面温度达到引径温度时，设定晶转速度、坩埚转速和晶体提拉速度；
65.在熔料阶段，控制所述晶转速度和所述坩埚转速恒定，调节所述晶体提拉速度，进而使得所述变化速度在预设时间内保持在第一速度均匀减小。其中，第一速度可以5mm/
min，预设时间为30min。
66.在放肩阶段，控制晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第一速度范围内；当所述真实直径与所述直线距离的差值为第一预设值时，调整所述晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第二速度范围内，所述第一预设值根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定，所述第二速度范围的最大速度小于所述第一速度范围的最小速度。
67.其中，第一速度范围可以为0.5mm/min
‑
0.8mm/min，第二速度范围为0.1mm/min
‑
0.3mm/min，第一预设值可以为d3*k*a，其中，a为系数，实际实现时，a可以为根据经验值设置，也可以为系统自定义，比如，a＝1/2，本实施例对此并不做限定，k为直径缩放比例。
68.在转肩阶段，当所述真实直径与所述直线距离的差值为第二预设值时，调整晶体提拉速度使得所述变化速度保持在第三速度范围内，进而使得在真实直径与所述直线距离的差值为第三预设值时，所述变化速度降为0；
69.所述第二预设值和所述第三预设值为根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定，所述第二预设值与所述第三预设值不同。
70.其中，第二预设值可以为d3*k*b，第三预设值可以为d3*k*c，b和c不同，实际实现时b<c，在一种可能的实施例中b＝3/4，c＝1。第三速度范围的最大速度小于第二速度范围的最小速度，实际实现时，第三速度范围可以为0.00mm/min
‑
0.1mm/min。
71.在等径阶段，保持晶体提拉速度恒定，调整晶转速度和坩埚转速，使得所述直线距离的数值保持为预设数值。实际实现时，控制直线距离的变化范围在
±
0.5mm。
72.在收尾阶段，保持晶转速度和坩埚转速恒定，提升热场温度并增大晶体提拉速度使得所述直线距离增大；当所述真实直径与所述直线距离的差值为第四预设值时，降低晶体提拉速度，并提高晶转速度和坩埚转速，所述第四预设值为根据所述目标直径和所述直径缩放比例确定。
73.第四预设值为d3*k*d，d可以为根据经验值设置，也可以为系统自定义，比如，d＝2/3，本实施例对此并不做限定。
74.实际实现时，通过提升热场温度并增加晶体提拉速度，保证d迅速增大，进而在d1
‑
d＝d3*k*d时，降低晶体提升速度，增加晶转和坩埚转速，完成收尾工作。
75.综上所述，通过在拉晶前获取直径信息，所述直径信息包括测量得到的坩埚内壁的真实直径、单晶生产规格所需的目标直径以及通过视觉采集系统采集到的所述坩埚的采集直径；在拉晶过程中，通过所述视觉采集系统定时采集单晶生长图像，根据所述单晶生长图像获取单晶生长光圈与所述坩埚内壁的直线距离；根据在预设周期内定时获取到的各个直线距离，计算在所述预设周期内所述直线距离的变化速度；根据所述直径信息和所述变化速度控制单晶生长。也即在单晶生长过程中，根据单晶生长状况实时控制单晶生长，解决了现有技术中单晶生长控制存在滞后的问题，达到了可以灵活快速的实时控制单晶生长的效果。另外，本技术不一来晶体直径测量，而是通过变化来控制单晶生长，避免了现有技术中由于直径测量误差而导致的晶体控制失败的问题。
76.本技术还提供了一种单晶生长控制装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如上所述的方法。
77.本技术还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程
序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如上所述的方法。
78.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
79.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。