单晶棒的提段方法与采用该方法形成的单晶棒的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种单晶棒的提段方法与采用该方法形成的单晶棒。该提段方法包括：步骤S1，单晶棒断棱长度为10～20mm时开始提段；步骤S2，对单晶棒进行提段。该方法中的步骤S1在单晶棒的断棱长度为10～20mm时开始提段，使得热量不会不断地由液面向晶棒传输，不稳定的单晶结构再次被破坏的可能性较小，使得单晶棒的反延长度较小，为直径值的70％～80％，比采用现有提段方法制得的单晶棒的反延长度小很多，使得单晶棒的可切片的数量有所增多、单晶棒的可利用率增高，降低了单晶棒的制作成本。
【专利说明】
单晶棒的提段方法与采用该方法形成的单晶棒
技术领域
[0001] 本发明涉及光伏领域，具体而言，涉及一种单晶棒的提段方法与采用该方法形成 的单晶棒。
【背景技术】
[0002] 光伏电池是基于硅材料制作的发电系统单元。直拉N型单晶棒为光伏电池最重要 的一种基材。在制作N型单晶棒时，单晶断棱及断棱后的提段不可避免，单晶断棱是指晶 向100型单晶棒表面有四条突起的棱线，当棱线消失称之为断棱。
[0003] 单晶断棱是外界条件如温度的突变、杂质的影响使得晶体无法正常成核，单晶棒 产生位错、缺陷，进而发生反延，即原本结构完整的单晶遭到破坏。单晶棒断棱后的提段过 程是温度突变的过程，会使得本来就没有完全稳定的硅原子排列，再次打乱，进而产生更多 的缺陷，使原本结构完整的单晶再次遭到破坏，进一步增加了单晶棒的反延长度。单晶棒的 反延及反延长度的增加使得单晶棒的可切片数量减小，导致单晶棒的制作成本较高。
[0004] 随着对太阳能电池需求的不断增加，光伏市场的竞争日趋激烈，为了使N型单晶 电池能够在残酷的市场环境下脱颖而出，通过减小单晶断棱的影响降低其成本尤为重要。 单晶断棱不可避免也很难控制，而采取合理的方法对单晶棒断棱后的提段进行控制可以有 效减少单晶棒断棱后的反延长度，降低单晶棒的制作成本。
[0005] 目前，单晶断棱后的提段比较简单，如图1所示包括：步骤S1'，降低埚位使单晶棒 脱离液面；步骤S2'，以100mm/h的速度提升单晶棒，提升时间为2h，步骤S3'，快速提升晶 棒至副室冷却lh ;以及步骤S4'，出棒。上述提段方法整个冷却过程进行缓慢，单晶棒内部 热量不能及时有效的散出，导致其内部温度不断升高，内部缺陷不断产生，增加了其反延长 度，使得其反延长度为直径值的1~1. 5倍。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于提供一种单晶棒的提段方法，以解决现有技术中单晶棒的 反延长度较大的问题。
[0007] 为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种单晶棒的提段方法，上 述提段方法包括：步骤S1，单晶棒断棱长度为10~20mm时开始提段；以及步骤S2,对上述 单晶棒进行提段。
[0008] 进一步地，上述步骤S2包括：步骤S21，使上述单晶棒的底端与硅液面的距离在 30~60mm之间；步骤S22,以第一提拉速度提拉上述单晶棒，至上述单晶棒的底端进入导流 筒，上述第一提拉速度为100~300mm/h ;步骤S23,继续提拉上述单晶棒至上述单晶棒进入 副室；以及步骤S24 ;在上述副室中冷却上述单晶棒至100~200°C。
[0009] 进一步地，上述步骤S23包括：步骤A，以第二提拉速度提拉上述单晶棒，至上述单 晶棒的底端离开导流筒，上述第二提拉速度为400~600mm/h ;以及步骤B，以第三提拉速度 将上述单晶棒提升至上述副室，上述第三提拉速度为600~1000mm/h。
[0010] 进一步地，上述步骤S2中采用降低坩埚位置的方式使上述单晶棒的底端与液面 的距离在30~60mm之间。
[0011] 进一步地，上述步骤S24中的冷却时间为0· 75~1. 25h。
[0012] 进一步地，上述副室的压力为300~500torr。
[0013] 进一步地，采用冷却气体使得上述副室的压力为300~500torr。
[0014] 为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种单晶棒，上述单晶棒采用 上述的提段方法形成。
[0015] 进一步地，上述单晶棒的反延长度为上述单晶棒直径值的60%~80%。
[0016] 应用本发明的技术方案，使得单晶棒的反延长度较小，为直径值的70 %~80 %， 比采用现有提段方法制得的单晶棒的反延长度为直径值的1~1. 5倍小很多。使得单晶棒 的可切片的数量有所增多、单晶棒的可利用率增高，降低了单晶棒的制作成本。
【附图说明】
[0017] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0018] 图1示出了现有技术中提段方法的流程示意图；
[0019] 图2示出了本发明一种典型的实施方式提供的提段方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0020] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。
[0021] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里 图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意 图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备 不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、 方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0023] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方 位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0024] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0025] 正如【背景技术】所介绍的，现有技术中的单晶棒的提段方法对整个过程没有进行合 理地控制，导致单晶棒的反延长度较大，为了解决如上问题，在本申请一种典型的实施方式 中，如图2所示，提供了一种单晶棒的提段方法，该提段方法包括：步骤S1，单晶棒断棱长度 为10~20mm时开始提段；以及步骤S2,对上述单晶棒进行提段。
[0026] 本申请分别对断棱长度为10mm~20mm、20mm~40mm、40mm~60mm的8寸N型单 晶棒进行提段实验，结果为当断棱长度在10~20mm之间时，单晶棒的反延长度在150~ 160mm之间，当断棱长度增大到20~40mm时，单晶棒的反延长度在180~210mm之间，当断 棱长度继续增大到40~60mm以上时，单晶棒的反延长度200mm以上。由实验结果可知：随 着单晶棒断棱长度的增加，其反延长度也有所增加，单晶棒断棱长度在20mm以内反延长度 并不会有太大的变化，断棱20mm以上反延长度迅速延长，此结果也进一步验证了热冲击确 实可以改变单晶的原来结构。
[0027] 因此，本申请单晶棒的提段方法中的步骤S1在单晶棒的断棱长度为10~20mm时 开始提段，使得热量不会不断地由液面向晶棒传输，不稳定的单晶结构再次被破坏的可能 性较小，使得单晶棒的反延长度较小，为直径值的70%~80%，比采用现有提段方法制得 的单晶棒的反延长度为直径值的1~1. 5倍小很多，使得单晶棒的可切片的数量有所增多、 单晶棒的可利用率增高，降低了单晶棒的制作成本。
[0028] 为了避免单晶棒散热速率太快而导致单晶棒产生裂纹，进而使得单晶棒的可切片 数量减少，本申请优选上述步骤S2包括：步骤S21，使上述单晶棒的底端与硅液面的距离在 30~60_之间；步骤S22,以第一提拉速度提拉所述单晶棒，至所述单晶棒的底端进入导流 筒，所述第一提拉速度为100~300mm/h ;步骤S23,继续提拉上述单晶棒至上述单晶棒进入 副室；以及步骤S24 ;在上述副室中冷却上述单晶棒至100~200°C。
[0029] 本申请的另一种优选的实施例中，上述步骤S23包括：步骤A，以第二提拉速度提 拉单晶棒，至单晶棒的底端离开导流筒，第二提拉速度为400~600mm/h ;以及步骤B，以第 三提拉速度将单晶棒提升至副室，第三提拉速度为600~1000mm/h。由于导流筒内的散热 速度很快，温度较稳定，也比导流筒下部的温度低，所以此时应该适当加快单晶棒的提拉速 度，以400~600mm/h的速度提拉单晶棒，使其反延长度较小，又避免了提拉速度过快导致 单晶棒产生裂纹；当单晶棒的底端离开导流筒开始进入副室时，由于副室的温度比导流筒 内的温度低，所以此时应该以更快的速度将单晶棒提拉至其底端进入副室，减小其反延长 度。当将上述各步骤的提拉速度控制在上述范围内时，能够更好地控制单晶棒的反延长度 的增加以及避免提拉速度过快导致单晶棒产生裂纹。
[0030] 为了采用较简单的操作方法使得单晶棒脱离液面，本申请优选步骤S2中采用降 低坩埚位置方式使上述单晶棒的底端与液面的距离在30~60mm之间。
[0031] 本申请的又一种优选的实施例中，上述步骤S24中的冷却时间为0. 75~1. 25h。 冷却时间为〇. 75~1. 25h时，既可以避免在过短的时间内冷却至目标温度使冷却速度过快 导致单晶棒内部有裂纹，也可以避免冷却时间过长单晶棒内部产生更多氧施主，影响单晶 棒品质，因此上述冷却条件能够保证单晶棒的冷却效果较好，进而使得单晶棒的可切片数 量较多，单晶棒的成本较低。
[0032] 为了进一步保证单晶棒较好的冷却效果，使得单晶棒的可切片数量较多，本申请 优选上述副室的压力为300~500torr。
[0033] 实现副室的压力在300~500torr之间的技术手段可以采用常规的方法，本申请 优选采用冷却气体使得上述副室的压力为300~500torr。可用于本发明的冷却气体包括 但不限于氩气、氮气等惰性气体。
[0034] 本申请的又一种典型的实施方式中，提供了一种单晶棒，该单晶棒采用上述提段 方法形成。采用上述提段方法形成的单晶棒，其反延长度较小，可切片数量较多，进而使得 单晶棒的制作成本较低。为了进一步保证单晶棒的切片数量较多，上述单晶棒的反延长度 为上述单晶棒直径值的60 %~80 %。
[0035] 以下将结合8寸N型单晶硅的提段实施例和对比例进一步说明本发明的有益效 果。
[0036] 实施例1
[0037] 对8寸N型单晶棒出现断棱，在单晶棒断棱长度为10mm时，开始提段；降低坩埚 的位置，使得单晶棒的底端脱离液面45mm，即单晶棒底端位于位置1 ;为了避免单晶棒散 热速率太快而导致单晶棒产生裂纹，单晶棒最初的提段速度不应过快，保持200mm/h的提 拉速度将单晶棒向上提，直至单晶棒的底端达到位置2,即单晶棒的底端进入导流筒；导流 筒内的温度较低，散热速率较快，此时以500mm/h的提拉速度提拉单晶棒，直至单晶棒的底 端离开导流筒进入副室，即单晶棒的底端到达位置3 ;副室中的温度比导流筒的温度低，以 800mm/h的提拉速度提拉单晶棒，直到单晶棒全部进入副室；采用氩气冷却气体使上述副 室的压力为450torr，单晶棒在副室的冷却时间为lh，使得单晶棒的冷却效果较好；最后出 棒。单晶棒的反延长度见表2。
[0038] 实施例2
[0039] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0040] 实施例3
[0041 ] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0042] 实施例4
[0043] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0044] 实施例5
[0045] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0046] 实施例6
[0047] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0048] 实施例7
[0049] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0050] 实施例8
[0051 ] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0052] 对比例1
[0053] 对断棱的8寸N型单晶棒进行提段，提段的具体操作参数见表1。得到的单晶棒的 反延长度见表2。
[0054] 表 1
[0055]
[0056] 采用醋酸浸泡出棒后的单晶棒的下端，单晶棒表面滑移线的长度等于单晶棒的反 延长度，进而通过测量单晶棒表面滑移线的长度，得到单晶棒的反延长度，上述各例所对应 的单晶棒的反延长度如表2所示。
[0057] 表 2
[0058]
[0059]
[0060] 由上表可知：单晶棒断棱后，当其断棱长度为10~20mm时开始提段，得到的单晶 棒的反延长度较小，在153~176mm之间，单晶棒的可切片数量较多；当第一提拉速度为 100~300mm/h、第二提拉速度为400~600mm/h与第三提拉速度为600~1000mm/h时，得 到的单晶棒的反延长度更小，在153~171mm之间，单晶棒的可切片数量较多，单晶棒的可 利用率较高，成本较低。
[0061] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
[0062] 1)本申请中的单晶棒的提段方法在单晶棒的断棱长度为10~20mm时开始提段， 使得热量不会源源不断地由液面向晶棒传输，不太稳定的单晶结构再次被破坏的可能性较 小，使得单晶棒的反延长度较小，使得单晶棒的可切片的数量有所增多、单晶棒的可利用率 增高，降低了单晶棒的制作成本。
[0063] 2)上述单晶棒采用本申请中的提段方法形成，其反延长度较小，可切片数量较多， 制作成本较低。
[0064] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种单晶棒的提段方法，其特征在于，所述提段方法包括： 步骤S1，单晶棒断棱长度为10~20mm时开始提段；以及 步骤S2,对所述单晶棒进行提段。2. 根据权利要求1所述的提段方法，其特征在于，所述步骤S2包括： 步骤S21，使所述单晶棒的底端与硅液面的距离在30~60_之间； 步骤S22,以第一提拉速度提拉所述单晶棒，至所述单晶棒的底端进入导流筒，所述第 一提拉速度为100~300mm/h ; 步骤S23,继续提拉所述单晶棒至所述单晶棒进入副室；以及 步骤S24 ;在所述副室中冷却所述单晶棒至100~200°C。3. 根据权利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步骤S23包括： 步骤A，以第二提拉速度提拉所述单晶棒，至所述单晶棒的底端离开导流筒，所述第二 提拉速度为400~600mm/h ;以及 步骤B，以第三提拉速度将所述单晶棒提升至所述副室，所述第三提拉速度为600~ 1000mm/h〇4. 根据权利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步骤S2中采用降低坩埚位置的 方式使所述单晶棒的底端与液面的距离在30~60mm之间。5. 根据权利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述步骤S24中的冷却时间为 0. 75 ~1. 25h。6. 根据权利要求2所述的提段方法，其特征在于，所述副室的压力为300~500t〇rr。7. 根据权利要求6所述的提段方法，其特征在于，采用冷却气体使得所述副室的压力 为 300 ~500torr。8. -种单晶棒，其特征在于，所述单晶棒采用权利要求1至7中任一项所述的提段方法 形成。9. 根据权利要求8所述的单晶棒，其特征在于，所述单晶棒的反延长度为所述单晶棒 直径值的60 %~80%。
【文档编号】C30B29/06GK105986312SQ201510075236
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月11日
【发明人】周浩, 尹东坡, 司佳勇
【申请人】英利集团有限公司, 英利能源（中国）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