[发明专利]一种多晶铸锭籽晶熔化控制方法及多晶硅铸锭炉

说明书

技术领域

本发明涉及光伏硅片生产技术领域，具体涉及多晶铸锭籽晶熔化控制方法及多晶硅铸锭炉。

背景技术

目前，在迅速发展的太阳能光伏发电产业中，应用最广的是晶体硅太阳能电池，而晶体硅太阳能电池主要由直拉单晶硅片(CZ)或铸锭多晶硅片(DSS)制成。其中，直拉单晶硅光电转换效率较高，但产能低、生产成本高；相对直拉单晶硅而言，铸锭多晶硅片产能高、成本低，但光电转换效率较低。

为了提高铸锭多晶硅片的效率，本领域技术人员结合了以上两种技术的各自优点，提出了有籽晶的铸锭生长技术；例如坩埚底部铺单晶硅作为籽晶的铸锭类单晶技术、坩埚底部铺碎硅料或碎硅片作为籽晶的高效多晶技术，即生产类单晶和高效多晶都需要在坩埚底部铺设一层籽晶，然后控制硅原料从上往下慢慢融化，在熔化后期必须保证籽晶不被完全熔化，然后直接在籽晶上生长优质晶体。目前，有籽晶的铸锭生长技术一般采用石英棒进行连续测量化料高度来判断籽晶是否部分熔化，但该方法需要操作人员不停地保持高度警惕、进行多次测量，很容易出现较大误差及人员忘记测量的情况从而导致生产不稳定、生产成本降不下来等各种问题。对此，公开号为CN103361721的申请文件提供了一种铸锭晶种熔化高度控制方法及多晶硅铸锭炉，该申请将多支热电偶分装在坩埚侧壁，随着硅液熔化界面不断下降，探测温度的突变，一旦热电偶探测到温度突变，说明熔化界面到达热电偶所在高度。该申请可以实现自动控制籽晶的熔化高度，但是热电偶安装在坩埚侧壁，很容易受侧部加热器的热辐射影响，使热电偶很难探测到熔化界面的温升，检测结果不准确。另外，热电偶安装在侧壁，由于侧壁周围设有隔热笼和加热器等设备，热电偶的固定结构复杂，不便安装。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种多晶铸锭籽晶熔化控制方法，该方法在坩埚底部的边角部位设置了热电偶，解决了现有技术坩埚侧壁的热电偶很容易受侧部加热器的热辐射影响的问题，该方法可以更加准确地控制籽晶的熔化状态，同时，热电偶的安装方法更加简便；本发明还提供了一种多晶硅铸锭炉。

本发明第一方面提供了一种多晶铸锭籽晶熔化控制方法，包括以下步骤：

(1)在坩埚底部铺设籽晶；在所述籽晶表面装入多晶硅原料，控制热场和工艺，使所述籽晶和所述多晶硅原料自上至下逐步熔化；

(2)利用热电偶获取坩埚底部边角部位的温度信号；所述温度信号为所述坩埚底部边角部位的温度、温度变化的斜率和温度变化的累积斜率中的至少一种；

(3)根据获取到的所述温度信号，判断所述籽晶熔化的高度；当所述温度信号出现突然上升的突变点时，表示籽晶熔化至设定高度，此时控制热场和工艺，进入长晶阶段。

优选地，步骤(3)中利用软件设置一个报警设置值，当所述温度信号接近或超过所述报警设置值时，利用PLC控制器将接近或超过所述报警设置值的所述温度信号传递至报警器，所述报警器接收到所述温度信号时进行自动报警，提醒籽晶快熔化或已熔化至设定的高度，然后再控制热场和工艺，进入长晶阶段。

本发明第一方面判断籽晶熔化的高度的原理为：现有技术多晶硅铸锭炉内的加热装置通常设置在坩埚侧部，从而使得坩埚底部边角部位的温度要比中心的温度高约10～15℃，导致边角部位处的籽晶比中心的籽晶融化快，使籽晶的熔化界面为凸界面，因此，当边角部籽晶刚刚熔化时，坩埚底部大部分籽晶还没有被熔化。本发明通过控制热场，使铺设在坩埚内的籽晶及籽晶上方的多晶硅原料自上至下逐步熔化；当坩埚底部边角部位的籽晶还没有熔化时，坩埚边角部位的温度信号变化不大；随着坩埚底部边角部位籽晶的慢慢熔化，这时坩埚底部的温度信号慢慢增大，直到边角部位籽晶完全熔化，硅液与坩埚底部的边角部位完全接触，坩埚底部的边角部的温度信号出现突然上升的过程，出现突变点。当所述温度信号出现突然上升的突变点时，表示边角部位籽晶已经熔化完全，但坩埚中部的大部分籽晶还保持固体形式，此时可以控制热场和工艺，进入长晶阶段。本发明还可以在进入长晶阶段之前，利用PLC控制器将接近或超过所述设置的报警设置值的所述温度信号传递至报警器，进行自动报警，提醒籽晶快熔化或已熔化至设定的高度，由操作人员手动控制跳步进入长晶生长阶段。这样硅液就可以在剩余的固体籽晶上进行长晶。