[发明专利]一种直拉硅芯原料棒的熔接工艺

说明书

本发明涉及直拉硅芯原料棒的熔接领域。一种直拉硅芯原料棒的熔接工艺，当发现存在单晶硅芯棒断棱、多晶硅芯棒提断、晶棒直径突变三种中任意一种情况时，进入回熔阶段，在回熔阶段中，采用功率控制，并且采用手动控制，当发生单晶硅芯棒断棱时，将功率增加至等径功率+35kw，回熔长度在硅芯棒直径+20mm以上，当发生多晶硅芯棒提断时，将功率增加至等径功率+35kw，回熔长度大于80mm，当发生晶棒直径突变时，将功率增加至等径功率+35kw。

技术领域

本发明涉及直拉硅芯原料棒的熔接领域。

背景技术

目前，光伏行业已成为可再生能源领域的一匹黑马，其中，多晶硅产业是整个光伏产业的最上游，其生产方法主要有两种，一是改良西门子法，二是硅烷流化床法，其中，改良西门子法被行业普遍采用，其原理是在还原炉内通入三氯氢硅和氢气，同时炉内放置硅芯，给硅芯棒通电加热至反应温度，然后通过化学气相沉积的方法，让硅沉积在硅芯表面上，生产出满足要求的原生多晶硅。所以说硅芯是多晶硅生产过程中必不可少的原材料之一，而切割方硅芯的原料棒，多采用直拉硅芯棒进行切割。

直拉硅芯棒（以下简称硅芯棒）的生长过程是在直拉单晶炉内完成的。硅芯棒拉制工艺与太阳能级单晶硅棒类似，采用CZ技术，也叫直拉单晶制造法。该方法是把硅料置于石英坩埚内，在单晶炉中加热熔化，再用一根单晶籽晶浸入硅液中，通过准确的温度控制，让熔融硅液延籽晶生长，通过引晶、放肩、转肩、等径、收尾等工艺过程，最终长出一根圆柱形的硅棒。

硅芯棒可以分为单晶和多晶两种，单晶硅芯棒是指整个晶棒是一块原子排列整齐的单晶体，其表面光滑，有明显的棱线。多晶硅芯棒表面有明显的晶界，没有棱线。单晶硅芯棒与单晶硅棒没有本质区别，生产工艺也一样。而在生产多晶硅芯棒时，需要在放肩阶段，通过温度、晶转等参数的扰动，让棱线消失。实际生产中影响较大的往往是直径较小、隐裂及位错较为严重。受直拉工艺自身特点影响，硅棒直径无法保持一致，浮动范围约3-5mm，个别的最大直径和最小直径差可能达到10mm以上。生产过程中受机台设备或人员操作等因素影响，导致硅棒直径突变的情况屡见不鲜。

一方面，生产硅芯为纵向切割，切割方向平行于轴线，最小直径一旦小于某特定长度，离中心距离最远的硅芯由于横截面不达标只能报废；另一方面，在拉制单晶硅芯棒生产过程中，如果出现断棱，则有可能导致整炉报废。这是因为如果继续拉制则为废棒，如果是前期断棱，还可以回熔重新拉制，如果是后期断棱则需要回熔的硅棒过长，回熔后继续拉制，甚至会超出石英坩埚使用寿命。在拉制多晶硅芯棒时，由于设备或操作原因，也会出现提断情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种直拉硅芯原料棒的熔接工艺，提高成品率，降低生产成本，弥补生产工艺中的不足。

本发明所采用的技术方案是：一种直拉硅芯原料棒的熔接工艺，当发现存在单晶硅芯棒断棱、多晶硅芯棒提断、晶棒直径突变三种中任意一种情况时，进入回熔阶段，在回熔阶段中，采用功率控制，并且采用手动控制，当发生单晶硅芯棒断棱时，将功率增加至等径功率+35kw，回熔长度在硅芯棒直径+20mm以上，当发生多晶硅芯棒提断时，将功率增加至等径功率+35kw，回熔长度大于80mm，当发生晶棒直径突变时，将功率增加至等径功率+35kw，回熔长度是将直径异常部分回熔完并且整体回熔长度大于等于80mm；回熔完毕后进入稳温阶段，在稳温阶段直拉单晶炉由功率控制切换为温度控制，设定温度为等径温度+20℃，稳温2个小时，确保熔液内及熔液表面形成相对稳定的热对流环境，利于拉晶；稳温阶段结束后进入接棒阶段，把硅棒浸入硅液，开始接棒，前期为0.2-0.7mm/min低拉速生长，根据固液面光圈情况及时调节晶升、埚升及温度参数，等长晶长度大于50mm、晶体生长情况趋于稳定后由手动状态切换为自动等径状态。