單晶棒的提段方法與采用該方法形成的單晶棒的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種單晶棒的提段方法與采用該方法形成的單晶棒。該提段方法包括：步驟S1，單晶棒斷棱長度為10～20mm時開始提段；步驟S2，對單晶棒進行提段。該方法中的步驟S1在單晶棒的斷棱長度為10～20mm時開始提段，使得熱量不會不斷地由液面向晶棒傳輸，不穩定的單晶結構再次被破壞的可能性較小，使得單晶棒的反延長度較小，為直徑值的70％～80％，比采用現有提段方法制得的單晶棒的反延長度小很多，使得單晶棒的可切片的數量有所增多、單晶棒的可利用率增高，降低了單晶棒的制作成本。
【專利說明】
單晶棒的提段方法與采用該方法形成的單晶棒
技術領域
[0001] 本發明涉及光伏領域，具體而言，涉及一種單晶棒的提段方法與采用該方法形成 的單晶棒。
【背景技術】
[0002] 光伏電池是基于硅材料制作的發電系統單元。直拉N型單晶棒為光伏電池最重要 的一種基材。在制作N型單晶棒時，單晶斷棱及斷棱后的提段不可避免，單晶斷棱是指晶 向100型單晶棒表面有四條突起的棱線，當棱線消失稱之為斷棱。
[0003] 單晶斷棱是外界條件如溫度的突變、雜質的影響使得晶體無法正常成核，單晶棒 產生位錯、缺陷，進而發生反延，即原本結構完整的單晶遭到破壞。單晶棒斷棱后的提段過 程是溫度突變的過程，會使得本來就沒有完全穩定的硅原子排列，再次打亂，進而產生更多 的缺陷，使原本結構完整的單晶再次遭到破壞，進一步增加了單晶棒的反延長度。單晶棒的 反延及反延長度的增加使得單晶棒的可切片數量減小，導致單晶棒的制作成本較高。
[0004] 隨著對太陽能電池需求的不斷增加，光伏市場的競爭日趨激烈，為了使N型單晶 電池能夠在殘酷的市場環境下脫穎而出，通過減小單晶斷棱的影響降低其成本尤為重要。 單晶斷棱不可避免也很難控制，而采取合理的方法對單晶棒斷棱后的提段進行控制可以有 效減少單晶棒斷棱后的反延長度，降低單晶棒的制作成本。
[0005] 目前，單晶斷棱后的提段比較簡單，如圖1所示包括：步驟S1'，降低堝位使單晶棒 脫離液面；步驟S2'，以100mm/h的速度提升單晶棒，提升時間為2h，步驟S3'，快速提升晶 棒至副室冷卻lh ;以及步驟S4'，出棒。上述提段方法整個冷卻過程進行緩慢，單晶棒內部 熱量不能及時有效的散出，導致其內部溫度不斷升高，內部缺陷不斷產生，增加了其反延長 度，使得其反延長度為直徑值的1~1. 5倍。
【發明內容】
[0006] 本發明的主要目的在于提供一種單晶棒的提段方法，以解決現有技術中單晶棒的 反延長度較大的問題。
[0007] 為了實現上述目的，根據本發明的另一個方面，提供了一種單晶棒的提段方法，上 述提段方法包括：步驟S1，單晶棒斷棱長度為10~20mm時開始提段；以及步驟S2,對上述 單晶棒進行提段。
[0008] 進一步地，上述步驟S2包括：步驟S21，使上述單晶棒的底端與硅液面的距離在 30~60mm之間；步驟S22,以第一提拉速度提拉上述單晶棒，至上述單晶棒的底端進入導流 筒，上述第一提拉速度為100~300mm/h ;步驟S23,繼續提拉上述單晶棒至上述單晶棒進入 副室；以及步驟S24 ;在上述副室中冷卻上述單晶棒至100~200°C。
[0009] 進一步地，上述步驟S23包括：步驟A，以第二提拉速度提拉上述單晶棒，至上述單 晶棒的底端離開導流筒，上述第二提拉速度為400~600mm/h ;以及步驟B，以第三提拉速度 將上述單晶棒提升至上述副室，上述第三提拉速度為600~1000mm/h。
[0010] 進一步地，上述步驟S2中采用降低坩堝位置的方式使上述單晶棒的底端與液面 的距離在30~60mm之間。
[0011] 進一步地，上述步驟S24中的冷卻時間為0· 75~1. 25h。
[0012] 進一步地，上述副室的壓力為300~500torr。
[0013] 進一步地，采用冷卻氣體使得上述副室的壓力為300~500torr。
[0014] 為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種單晶棒，上述單晶棒采用 上述的提段方法形成。
[0015] 進一步地，上述單晶棒的反延長度為上述單晶棒直徑值的60%~80%。
[0016] 應用本發明的技術方案，使得單晶棒的反延長度較小，為直徑值的70 %~80 %， 比采用現有提段方法制得的單晶棒的反延長度為直徑值的1~1. 5倍小很多。使得單晶棒 的可切片的數量有所增多、單晶棒的可利用率增高，降低了單晶棒的制作成本。
【附圖說明】
[0017] 構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
[0018] 圖1示出了現有技術中提段方法的流程示意圖；
[0019] 圖2示出了本發明一種典型的實施方式提供的提段方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另 有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常 理解的相同含義。
[0021] 需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根 據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式 也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0022] 需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語"第一"、"第 二"等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用 的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里 圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語"包括"和"具有"以及他們的任何變形，意 圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備 不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、 方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
[0023] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構造上方"或"在其他器件或構造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構造下 方"或"在其他器件或構造之下"。因而，示例性術語"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位（旋轉90度或處于其他方 位），并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。
[0024] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0025] 正如【背景技術】所介紹的，現有技術中的單晶棒的提段方法對整個過程沒有進行合 理地控制，導致單晶棒的反延長度較大，為了解決如上問題，在本申請一種典型的實施方式 中，如圖2所示，提供了一種單晶棒的提段方法，該提段方法包括：步驟S1，單晶棒斷棱長度 為10~20mm時開始提段；以及步驟S2,對上述單晶棒進行提段。
[0026] 本申請分別對斷棱長度為10mm~20mm、20mm~40mm、40mm~60mm的8寸N型單 晶棒進行提段實驗，結果為當斷棱長度在10~20mm之間時，單晶棒的反延長度在150~ 160mm之間，當斷棱長度增大到20~40mm時，單晶棒的反延長度在180~210mm之間，當斷 棱長度繼續增大到40~60mm以上時，單晶棒的反延長度200mm以上。由實驗結果可知：隨 著單晶棒斷棱長度的增加，其反延長度也有所增加，單晶棒斷棱長度在20mm以內反延長度 并不會有太大的變化，斷棱20mm以上反延長度迅速延長，此結果也進一步驗證了熱沖擊確 實可以改變單晶的原來結構。
[0027] 因此，本申請單晶棒的提段方法中的步驟S1在單晶棒的斷棱長度為10~20mm時 開始提段，使得熱量不會不斷地由液面向晶棒傳輸，不穩定的單晶結構再次被破壞的可能 性較小，使得單晶棒的反延長度較小，為直徑值的70%~80%，比采用現有提段方法制得 的單晶棒的反延長度為直徑值的1~1. 5倍小很多，使得單晶棒的可切片的數量有所增多、 單晶棒的可利用率增高，降低了單晶棒的制作成本。
[0028] 為了避免單晶棒散熱速率太快而導致單晶棒產生裂紋，進而使得單晶棒的可切片 數量減少，本申請優選上述步驟S2包括：步驟S21，使上述單晶棒的底端與硅液面的距離在 30~60_之間；步驟S22,以第一提拉速度提拉所述單晶棒，至所述單晶棒的底端進入導流 筒，所述第一提拉速度為100~300mm/h ;步驟S23,繼續提拉上述單晶棒至上述單晶棒進入 副室；以及步驟S24 ;在上述副室中冷卻上述單晶棒至100~200°C。
[0029] 本申請的另一種優選的實施例中，上述步驟S23包括：步驟A，以第二提拉速度提 拉單晶棒，至單晶棒的底端離開導流筒，第二提拉速度為400~600mm/h ;以及步驟B，以第 三提拉速度將單晶棒提升至副室，第三提拉速度為600~1000mm/h。由于導流筒內的散熱 速度很快，溫度較穩定，也比導流筒下部的溫度低，所以此時應該適當加快單晶棒的提拉速 度，以400~600mm/h的速度提拉單晶棒，使其反延長度較小，又避免了提拉速度過快導致 單晶棒產生裂紋；當單晶棒的底端離開導流筒開始進入副室時，由于副室的溫度比導流筒 內的溫度低，所以此時應該以更快的速度將單晶棒提拉至其底端進入副室，減小其反延長 度。當將上述各步驟的提拉速度控制在上述范圍內時，能夠更好地控制單晶棒的反延長度 的增加以及避免提拉速度過快導致單晶棒產生裂紋。
[0030] 為了采用較簡單的操作方法使得單晶棒脫離液面，本申請優選步驟S2中采用降 低坩堝位置方式使上述單晶棒的底端與液面的距離在30~60mm之間。
[0031] 本申請的又一種優選的實施例中，上述步驟S24中的冷卻時間為0. 75~1. 25h。 冷卻時間為〇. 75~1. 25h時，既可以避免在過短的時間內冷卻至目標溫度使冷卻速度過快 導致單晶棒內部有裂紋，也可以避免冷卻時間過長單晶棒內部產生更多氧施主，影響單晶 棒品質，因此上述冷卻條件能夠保證單晶棒的冷卻效果較好，進而使得單晶棒的可切片數 量較多，單晶棒的成本較低。
[0032] 為了進一步保證單晶棒較好的冷卻效果，使得單晶棒的可切片數量較多，本申請 優選上述副室的壓力為300~500torr。
[0033] 實現副室的壓力在300~500torr之間的技術手段可以采用常規的方法，本申請 優選采用冷卻氣體使得上述副室的壓力為300~500torr。可用于本發明的冷卻氣體包括 但不限于氬氣、氮氣等惰性氣體。
[0034] 本申請的又一種典型的實施方式中，提供了一種單晶棒，該單晶棒采用上述提段 方法形成。采用上述提段方法形成的單晶棒，其反延長度較小，可切片數量較多，進而使得 單晶棒的制作成本較低。為了進一步保證單晶棒的切片數量較多，上述單晶棒的反延長度 為上述單晶棒直徑值的60 %~80 %。
[0035] 以下將結合8寸N型單晶硅的提段實施例和對比例進一步說明本發明的有益效 果。
[0036] 實施例1
[0037] 對8寸N型單晶棒出現斷棱，在單晶棒斷棱長度為10mm時，開始提段；降低坩堝 的位置，使得單晶棒的底端脫離液面45mm，即單晶棒底端位于位置1 ;為了避免單晶棒散 熱速率太快而導致單晶棒產生裂紋，單晶棒最初的提段速度不應過快，保持200mm/h的提 拉速度將單晶棒向上提，直至單晶棒的底端達到位置2,即單晶棒的底端進入導流筒；導流 筒內的溫度較低，散熱速率較快，此時以500mm/h的提拉速度提拉單晶棒，直至單晶棒的底 端離開導流筒進入副室，即單晶棒的底端到達位置3 ;副室中的溫度比導流筒的溫度低，以 800mm/h的提拉速度提拉單晶棒，直到單晶棒全部進入副室；采用氬氣冷卻氣體使上述副 室的壓力為450torr，單晶棒在副室的冷卻時間為lh，使得單晶棒的冷卻效果較好；最后出 棒。單晶棒的反延長度見表2。
[0038] 實施例2
[0039] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0040] 實施例3
[0041 ] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0042] 實施例4
[0043] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0044] 實施例5
[0045] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0046] 實施例6
[0047] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0048] 實施例7
[0049] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0050] 實施例8
[0051 ] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0052] 對比例1
[0053] 對斷棱的8寸N型單晶棒進行提段，提段的具體操作參數見表1。得到的單晶棒的 反延長度見表2。
[0054] 表 1
[0055]
[0056] 采用醋酸浸泡出棒后的單晶棒的下端，單晶棒表面滑移線的長度等于單晶棒的反 延長度，進而通過測量單晶棒表面滑移線的長度，得到單晶棒的反延長度，上述各例所對應 的單晶棒的反延長度如表2所示。
[0057] 表 2
[0058]
[0059]
[0060] 由上表可知：單晶棒斷棱后，當其斷棱長度為10~20mm時開始提段，得到的單晶 棒的反延長度較小，在153~176mm之間，單晶棒的可切片數量較多；當第一提拉速度為 100~300mm/h、第二提拉速度為400~600mm/h與第三提拉速度為600~1000mm/h時，得 到的單晶棒的反延長度更小，在153~171mm之間，單晶棒的可切片數量較多，單晶棒的可 利用率較高，成本較低。
[0061] 從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果：
[0062] 1)本申請中的單晶棒的提段方法在單晶棒的斷棱長度為10~20mm時開始提段， 使得熱量不會源源不斷地由液面向晶棒傳輸，不太穩定的單晶結構再次被破壞的可能性較 小，使得單晶棒的反延長度較小，使得單晶棒的可切片的數量有所增多、單晶棒的可利用率 增高，降低了單晶棒的制作成本。
[0063] 2)上述單晶棒采用本申請中的提段方法形成，其反延長度較小，可切片數量較多， 制作成本較低。
[0064] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種單晶棒的提段方法，其特征在于，所述提段方法包括： 步驟S1，單晶棒斷棱長度為10~20mm時開始提段；以及 步驟S2,對所述單晶棒進行提段。2. 根據權利要求1所述的提段方法，其特征在于，所述步驟S2包括： 步驟S21，使所述單晶棒的底端與硅液面的距離在30~60_之間； 步驟S22,以第一提拉速度提拉所述單晶棒，至所述單晶棒的底端進入導流筒，所述第 一提拉速度為100~300mm/h ; 步驟S23,繼續提拉所述單晶棒至所述單晶棒進入副室；以及 步驟S24 ;在所述副室中冷卻所述單晶棒至100~200°C。3. 根據權利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步驟S23包括： 步驟A，以第二提拉速度提拉所述單晶棒，至所述單晶棒的底端離開導流筒，所述第二 提拉速度為400~600mm/h ;以及 步驟B，以第三提拉速度將所述單晶棒提升至所述副室，所述第三提拉速度為600~ 1000mm/h〇4. 根據權利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步驟S2中采用降低坩堝位置的 方式使所述單晶棒的底端與液面的距離在30~60mm之間。5. 根據權利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步驟S24中的冷卻時間為 0. 75 ~1. 25h。6. 根據權利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述副室的壓力為300~500t〇rr。7. 根據權利要求6所述的提段方法，其特征在于，采用冷卻氣體使得所述副室的壓力 為 300 ~500torr。8. -種單晶棒，其特征在于，所述單晶棒采用權利要求1至7中任一項所述的提段方法 形成。9. 根據權利要求8所述的單晶棒，其特征在于，所述單晶棒的反延長度為所述單晶棒 直徑值的60 %~80%。
【文檔編號】C30B29/06GK105986312SQ201510075236
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月11日
【發明人】周浩, 尹東坡, 司佳勇
【申請人】英利集團有限公司, 英利能源（中國）有限公司, 保定天威英利新能源有限公司, 河北流云新能源科技有限公司