氧含量的测试装置、测试方法及拉晶设备与流程

1.本技术属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种氧含量的测试装置、测试方法及拉晶设备。


背景技术：

2.随着光伏技术的发展，太阳能作为绿色、环保、可再生能源受到了大范围推广。单晶硅作为太阳能光伏组件最重要的原料部分，其需求量也在不断增大。
3.目前，在单晶硅制备过程中，由于硅原料中杂质以及石英坩埚析出的氧在单晶硅生长的各个阶段不同，因此，导致晶棒的氧含量分布不均匀，若无法准确管控及测定晶棒的氧含量，则会导致后期制备的太阳能电池的质量不均匀。现有技术中，普遍采用对晶棒切割后的硅片抽检的方式进行氧含量测试，判断晶棒中氧含量的大小。
4.然而，根据上述测量方法仅能得出当前硅片中的氧含量，无法准确反映氧的来源，这就导致单晶晶棒的氧含量很难管控，进而导致单晶硅电池的品质无法得到有效改善。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的是提供一种氧含量的测试装置、测试方法及拉晶设备，能够解决现有氧含量测量方法无法准确反映氧来源的问题。
6.本技术实施例提供了一种氧含量的测试装置，应用于单晶炉，所述单晶炉上设有与外界相通的第一通孔，所述单晶炉内设有承载硅液的坩埚，所述测试装置包括：升降机构、定氧仪和测氧机构；
7.所述升降机构与所述测氧机构相连，用于驱动所述测氧机构通过所述第一通孔至少部分地伸入至所述坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定，或由所述坩埚内的硅液中缩回至预设位置；
8.所述定氧仪与所述测氧机构电连接，所述定氧仪用于将所述测氧机构测定的氧含量参数转换为氧含量结果并显示。
9.可选的，所述测氧机构包括：定氧枪及定氧探头；
10.所述定氧探头与所述定氧枪可拆卸连接，所述定氧探头通过所述定氧枪与所述升降机构相连；
11.所述驱动机构通过所述定氧枪带动所述定氧探头的一端伸入所述坩埚内的硅液中或缩回至所述预设位置；
12.所述定氧探头通过所述定氧枪与所述定氧仪电连接，以将测定的所述氧含量参数传送至所述定氧仪。
13.可选的，所述定氧探头和/或所述定氧枪外套设有刚玉护套。
14.可选的，所述定氧探头包括：铂铑合金探头和氧化锆探头，所述铂铑合金探头和所述氧化锆探头分别通过导体与所述定氧枪电连接。
15.可选的，所述定氧探头与所述定氧枪之间通过螺纹可拆卸连接。
16.可选的，在所述定氧探头伸入所述坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定时，所述定氧探头伸入所述硅液的深度范围为8mm～15mm。
17.可选的，在所述定氧探头伸入所述坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定时，所述定氧探头在所述硅液中的停留时间大于或等于15s。
18.可选的，升降机构包括：升降支架，以及设置于所述升降支架上的驱动件；
19.所述升降支架具有真空隔离舱，所述真空隔离舱通过所述第一通孔与所述单晶炉的热场相连通；
20.所述测氧机构可活动设置于所述真空隔离舱内，且与所述驱动件的驱动轴相连；
21.所述驱动件驱动所述测氧机构由所述真空隔离舱通过所述第一通孔伸入至所述坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定，或由所述坩埚内的硅液中缩回至预设位置。
22.第二方面，本技术实施例提供了一种氧含量的测试方法，所述测试方法用于上述的氧含量的测试装置，所述测试方法包括：
23.响应于第一输入，控制所述升降机构驱动所述测氧机构至少部分地伸入至坩埚内的硅液中，得到所述硅液的氧含量参数；
24.将所述氧含量参数转换为氧含量结果并显示。
25.第三方面，本技术实施例提供了一种拉晶设备，所述拉晶设备包括：单晶炉，以及上述的氧含量的测试装置。
26.在本技术实施例中，通过升降机构与测氧机构相连，用于驱动测氧机构通过第一通孔伸入至坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定，或由坩埚内的硅液中缩回至预设位置；定氧仪与测氧机构电连接，定氧仪用于将测氧机构测定的氧含量参数转换为氧含量结果并显示，从而可以根据用户需求在拉晶过程中，通过测氧机构伸入坩埚内的硅液中，测定当前硅液的氧含量，并在定氧仪上将氧含量结果显示，使用户更加直观快捷的了解当前硅液中的氧含量情况，以便及时根据当前硅液中氧含量情况更为精准的定位硅液中氧的来源，及时调整拉晶工艺以调整晶棒中的氧含量，进而提升由上述晶棒制备的单晶硅电池的品质。
附图说明
27.图1是本技术实施例所述氧含量的测试装置的安装结构示意图；
28.图2是本技术实施例所述的测氧机构的爆炸图；
29.图3是本技术实施例所述升降机构的结构示意图；
30.图4是本技术实施例所述的一种氧含量的测试方法的步骤流程图。
31.附图标记说明
32.10：单晶炉；11：第一通孔；12：坩埚；13：热场件；20：升降机构；30：定氧仪；40：测氧机构；41：定氧枪；42：定氧探头；411：壳体；412：导体；421：外壳；422：铂铑合金探头；423：氧化锆探头；424：导线；21：升降支架；22：驱动件；23：真空隔离舱；50：真空隔离阀。
具体实施方式
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施
例，都属于本技术保护的范围。
34.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不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，以便本技术的实施例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，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
35.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的氧含量的测试装置、测试方法及拉晶设备进行详细地说明。
36.参照图1，示出了本技术实施例所述氧含量的测试装置的安装结构示意图。
37.本技术实施例中，氧含量的测试装置包括但不限于应用于单晶炉10，单晶炉10上设有与外界相通的第一通孔11，单晶炉10内设有承载硅液的坩埚12。在实际应用中，第一通孔11可以为单晶炉10的观察窗，这样，就可以有效利用现有单晶炉10的结构，而无需在单晶炉10上单独开孔，可以减少设备改造成本，提高氧含量的测试装置的兼容性和适配性。
38.本技术实施例中，氧含量的测试装置可以用于测量单晶炉10内坩埚12中的熔融硅液内的氧含量，或者，还可以用于测量其他熔融状态液体的氧含量，本技术实施例仅以测量熔融硅液的氧含量为例进行示意性说明，其他参照执行即可。
39.本技术实施例中，氧含量的测试装置具体可以包括：升降机构20、定氧仪30和测氧机构40；升降机构20与测氧机构40相连，用于驱动测氧机构40通过第一通孔11至少部分地伸入至坩埚12内的硅液中进行氧含量参数测定，或由坩埚12内的硅液中缩回至预设位置；定氧仪30与测氧机构40电连接，定氧仪30用于将测氧机构40测定的氧含量参数转换为氧含量结果并显示。
40.在本技术实施例中，通过升降机构20与测氧机构40相连，用于驱动测氧机构40通过第一通孔11至少部分地伸入至坩埚12内的硅液中进行氧含量参数测定，或由坩埚12内的硅液中缩回至预设位置；定氧仪30与测氧机构40电连接，定氧仪30用于将测氧机构40测定的氧含量参数转换为氧含量结果并显示。本技术实施例的氧含量的测试装置，可以根据用户需求，在拉晶过程中，通过测氧机构40伸入坩埚12内的硅液中，测定当前硅液的氧含量，并在定氧仪30上将氧含量结果显示，使用户更加直观快捷的了解当前硅液中的氧含量情况，以便及时根据当前硅液中氧含量情况更为精准的定位硅液中氧的来源，及时调整拉晶工艺以调整晶棒中的氧含量，进而提升由上述晶棒制备的单晶硅电池的品质。
41.本技术实施例中，测氧机构40可以在拉晶过程中的任意阶段伸入至硅液中，对硅液进行氧含量参数测定。例如，可以在放肩工序的后期、等径工序的前期等，分别对硅液中的氧含量参数进行测定。在一些实施例中，还可以在开展降氧实验时，通过测氧机构40对硅液的氧含量参数进行测定，从而对单一的氧含量输出结果进行精准测定，提前对实验效果进行预判。本技术实施例中，通过设计升降机构20、测氧机构40，结合定氧仪30调参后能够准确的测量拉晶过程中熔硅液体的氧含量，对于单晶的品质改善有巨大帮助。
42.本技术实施例中，氧含量参数包括但不限于硅液的温度、硅液的氧电势等。测氧机构40将测定的硅液的温度、硅液的氧电势等数据上传至定氧仪30，通过定氧仪30内的数据处理模块将氧含量参数转换为氧含量结果并显示。具体的，定氧仪30内的数据处理模块可以通过能斯特方程计算出硅液中的氧含量。
43.在实际应用中，氧含量结果在定氧仪30上可以通过数值曲线、图表等方式显示，以便于用户可以更为直观获得当前硅液中的氧含量。本技术实施例中，定氧仪30的功能包括但不限于氧含量参数的数据处理、氧含量结果的显示以及记录等。定氧仪30可以采用易于采购的标准设备，定氧仪30根据原理自动计算氧含量结果并显示，同时还可以自动记录相关数据。当然，由于行业应用差异，可以根据用户需求，在测试使用时进行不同参数的调整，以满足不同需求。
44.本技术实施例中，升降机构20可以带动测氧机构40伸入到硅液的液面下进行氧含量参数测定，也可以带动测氧机构40由硅液中缩回至预设位置。预设位置可以理解为远离硅液的位置。例如，预设位置可以为单晶炉10的热场内靠近炉顶的位置、或预设位置还可以为单晶炉10的热场外。当然，需要说明的是，预设位置为不影响单晶炉10内拉晶、拆装炉等工序的位置。
45.本技术实施例中，测氧机构40具体可以包括：定氧枪41及定氧探头42；定氧探头42与定氧枪41可拆卸连接，定氧探头42通过定氧枪41与升降机构20相连；驱动机构通过定氧枪41带动定氧探头42的一端伸入坩埚12内的硅液中或缩回至所述预设位置；定氧探头42通过定氧枪41与定氧仪30电连接，以将测定的氧含量参数传送至定氧仪30。
46.参照图2，示出了本技术实施例所述的测氧机构的爆炸图。
47.本技术实施例中，拉晶过程中，单晶炉10内的温度较高，因此，定氧探头42和/或定氧枪41外套设有刚玉护套。本技术实施例中，刚玉护套可以耐温1600度以上高温，这样，通过刚玉护套即可对定氧探头42以及定氧枪41起到保护，以减少高温对定氧枪41和定氧探头42的破坏。本技术实施例中，刚玉护套还可以与定氧枪41以及定氧探头42的形状相适配。
48.本技术实施例中，通过设置定氧探头42与定氧枪41可拆卸连接，从而可以方便快捷的对定氧探头42进行更换。定氧探头42与定氧枪41之间可以通过紧固件、螺纹等连接。具体的，定氧探头42与定氧枪41之间通过螺纹可拆卸连接时，螺纹结构不但可以实现定氧枪41与定氧探头42之间的机械结构连接，还可以实现定氧枪41与定氧探头42之间的电连接。定氧探头42与定氧枪41两者中，一者设有内螺纹，一者设有与内螺纹相匹配的外螺纹，通过内外螺纹啮合，从而实现定氧探头42与定氧枪41之间的机械结构连接。定氧枪41和定氧探头42的螺纹连接处还设有对接插头，以使定氧枪41和定氧探头42在实现螺纹连接时，也可以实现对插电连接，结构简单、易实现。
49.本技术实施例中，定氧枪41具体可以包括：壳体411，以及设置于壳体411内的导体412，具体的壳体411可以为耐高温金属壳体411或耐高温陶瓷壳体411中的任一种。在一些实施例中，壳体411可以与刚玉护套为一体式结构或可拆卸连接。本技术实施例中，导体412包括但不限于耐高温线缆，也可以为导电件等。
50.本技术实施例中，定氧探头42具体可以包括：外壳421，以及至少部分设置于外壳421内的铂铑合金探头422和氧化锆探头423，铂铑合金探头422和氧化锆探头423分别通过导线424与定氧枪41电连接。具体的，铂铑合金探头422和氧化锆探头423分别通过导线424与定氧枪41中的导体412电连接。铂铑合金探头422用于测量硅液的实际温度，氧化锆探头423用于测量硅液的氧电势。在一些实施例中，外壳421也可以与刚玉护套为一体成型结构或可拆卸连接。外壳421也可以与刚玉护套为一体成型结构，可以理解为外壳421与刚玉护套合二为一集成为一体，使定氧探头的结构更加简单。
51.需要说明的是，定氧枪41还通过线缆与定氧仪30电连接，以将定氧探头42探测的硅液的温度以及硅液的氧电势等数据传送至定氧仪30，对此，本技术实施例不再赘述。
52.本技术实施例中，在定氧探头42伸入坩埚12内的硅液中进行氧含量参数测定时，定氧探头42伸入硅液的深度范围为8mm～15mm。例如，定氧探头42伸入硅液的液面以下深度为8mm、9mm、10mm、12mm、15mm等。具体的可以定氧探头42伸入硅液内的深度可以配合拉晶工艺进行相应的调整，本技术实施例对此不作具体限定。
53.本技术实施例中，在定氧探头42伸入坩埚12内的硅液中进行氧含量参数测定时，定氧探头42在硅液中的停留时间大于或等于15s，以使测量的氧含量参数数据更加精准、稳定。
54.参照图3，示出了本技术实施例所述升降机构的结构示意图。
55.本技术实施例中，升降机构20具体可以包括：升降支架21，以及设置于升降支架21上的驱动件22；升降支架21具有真空隔离舱23，真空隔离舱23通过第一通孔11与单晶炉10的热场相连通；测氧机构40可活动设置于真空隔离舱23内，且与驱动件22的驱动轴相连；驱动件22驱动测氧机构40由真空隔离舱23通过第一通孔11伸入至坩埚12内的硅液中进行氧含量参数测定，或由坩埚12内的硅液中缩回至预设位置。
56.本技术实施例中，驱动件22包括但不限于电机、气缸等，驱动件22用于给测氧机构40提供升降的动力。
57.在实际应用中，升降支架21具体可以包括：安装架，以及与安装架相连的弹性密封管；安装架上设有丝杆，驱动件22设置于安装架上，驱动件22的驱动轴与丝杆相连，以驱动丝杆带动安装架升降；弹性密封管的一端与安装架相连，另一端连接于单晶炉10的第一通孔11处，以形成真空隔离舱23；定氧枪41的一端与安装架相连，另一端与定氧探头42相连，且至少部分定氧枪41设置于真空隔离舱23内；驱动件22通过丝杆带动安装架升降，进而通过安装架、以及连接于安装架上的定氧枪41带动定氧探头42伸入坩埚12内的硅液中，或由坩埚12中的硅液缩回至预设位置。
58.本技术实施例中，通过丝杆实现升降传动，结构简单可靠，精度高。需要说明的是，在实际应用中，升降支架21还可以采用其他结构形式，以实现升降功能。例如，通过气缸的活塞杆带动安装架升降等。
59.本技术实施例中，弹性密封管具体可以为不锈钢波纹管，由于不锈钢波纹管应用范围广、成本低、耐高温、具有弹性伸展和可压缩性能等，因此，使用不锈钢螺纹管作为弹性密封件也具有上述优点。本技术实施例中，不锈钢波纹管既可以形成具有弹性可伸展和压缩能力的真空隔离舱23，以弹性容纳定氧枪41和定氧探头42，又可以对定氧枪41和定氧探头42起到外部保护的作用。
60.本技术实施例中，弹性密封管与安装架、单晶炉10之间均可以通过法兰盘进行密封连接，以提升弹性密封管形成的真空隔离舱23的气密性。
61.需要说明的是，在弹性密封管与炉体之间还可以设有真空隔离阀50，真空隔离阀50用于导通或断开真空隔离舱23与单晶炉10热场之间的连通。例如，在含氧量测试之前或测试完成之后，可以启动真空隔离阀50处于关闭，以使单晶炉10内的热场与真空隔离阀50断开连通，这样就可以对定氧探头42进行更换维护，避免单晶炉10热场与外界空气连通。
62.综上，本技术实施例所述的氧含量的测试装置至少包括以下优点：
63.在本技术实施例中，通过升降机构与测氧机构相连，用于驱动测氧机构通过第一通孔伸入至坩埚内的硅液中进行氧含量参数测定，或由坩埚内的硅液中缩回至预设位置；定氧仪与测氧机构电连接，定氧仪用于将测氧机构测定的氧含量参数转换为氧含量结果并显示，从而可以根据用户需求在拉晶过程中，通过测氧机构伸入坩埚内的硅液中，测定当前硅液的氧含量，并在定氧仪上将氧含量结果显示，使用户更加直观快捷的了解当前硅液中的氧含量情况，以便及时根据当前硅液中氧含量情况更为精准的定位硅液中氧的来源，及时调整拉晶工艺以调整晶棒中的氧含量，进而提升由上述晶棒制备的单晶硅电池的品质。
64.参照附图4，示出了本技术实施例的一种氧含量的测试方法的步骤流程图。氧含量的测试方法具体可以包括：
65.步骤401，响应于第一输入，控制升降机构带动测氧机构至少部分地伸入至坩埚内的硅液中，得到硅液的氧含量参数。
66.在本步骤中，用户需要启动含氧量的测试装置，以使测试装置中的升降机构驱动测氧机构通过第一通孔至少部分地伸入至坩埚内的硅液中，进行含氧量参数测定。本技术实施例中，第一输入可以用于触发含氧量测试指令，以使测试装置执行含氧量测试动作。
67.本技术实施例中，第一输入也可以为单晶炉熔料完成信号，或者拉晶进入放肩阶段的信号、拉晶进入等径阶段信号等。
68.在本技术实施例中，第一输入触发含氧量测试功能后，测试装置中的升级机构驱动测氧机构通过第一通孔至少部分地伸入至坩埚内的硅液中，进行含氧量参数测定的步骤之前，还包括：启动真空隔离仓自动净化程序，即对真空隔离仓进行抽真空处理，以避免真空隔离仓与单晶炉热场相通导致单晶炉热场被环境空气污染。
69.在真空隔离仓抽真空处理完毕后，升降机构通过定氧枪带动定氧探头下降进入单晶炉热场内进行预热，预热完成后，定氧枪带动定氧探头下降至坩埚内的硅液中，进行氧含量参数测定。需要说明的是，定氧探头伸入硅液中的深度范围可以为8mm～15mm范围内的任意值。例如，定氧探头定氧探头伸入硅液的液面以下深度为8mm、9mm、10mm、12mm、15mm等。具体的可以定氧探头伸入硅液内的深度可以配合拉晶工艺进行相应的调整，本技术实施例对此不作具体限定。
70.需要说明的是，升降机构在通过定氧枪带动定氧探头伸入硅液中时，在保证定氧探头伸入液面以下深度的高精度控制的同时，还需要能够快速和慢速的精准切换，以减少定氧探头进入硅液引起硅液温度的波动。
71.在本技术实施例中，为了使氧含量参数的测试更加精准以及稳定，定氧探头在硅液内的停留时间大于或等于15s。例如，定氧探头在硅液内的停留时间大于20s后，定氧仪显示的氧含量结果曲线较为稳定，因此，在定氧探头在硅液内停留时间大于20s后，定氧仪记录的氧含量参数的数据更加精准、稳定，根据氧含量参数计算的氧含量结果也可以更为准确的反应硅液中氧含量的来源，进而对硅液中的氧含量进行更为精准的控制。
72.在实际应用中，定氧探头在硅液中的停留时间可以为3min～10min范围内的任意值。例如，可以设定每次定氧探头在硅液中停留时间为6min，以在满足氧含量参数测定较为精准的基础上，还能减少定氧探头的腐蚀和减少对拉晶的影响。当然，本领域技术人员可以根据实际情况设置定氧探头在硅液中的停留时间，本技术实施例对此不作限定。
73.需要说明的是，由于单晶炉内还设有热场件，因此，定氧枪、定氧探头还需要穿过
单晶炉内的热场件。具体的，热场件包括但不限于大盖毡、保温盖、热屏环毡等热场件。
74.步骤402，氧含量参数转换为氧含量结果并显示。
75.在本技术实施例中，定氧探头探测到硅液中的氧含量参数后，将氧含量参数传送至定氧仪进行数据记录、计算等，定氧仪可以对氧含量参数进行计算得到氧含量结果并在定氧仪上进行显示，以便于用户更为直观的对硅液中氧含量的来源进行判断。当然，需要说明的是，上述氧含量参数数据以及氧含量结果数据等也可以传输至与定氧仪相连的计算机系统(电脑等)上进行记录并显示等。
76.在本技术实施例中，在氧含量测试完成后，即在步骤402之后，还可以包括：响应于第二输入，驱动机构驱动定氧枪带动定氧探头回缩至预设位置。第二输入可以为氧含量测试完成信号、氧含量测试时间信号等。具体的，驱动机构通过定氧枪带动定氧探头可以回缩至真空隔离舱内，以便于对定氧探头进行更换。需要说明的是，定氧探头回缩至真空隔离舱内的步骤之前，还需要对定氧探头进行预冷，以延长定氧枪、定氧探头等的使用寿命。在本技术实施例中，定氧探头的预冷位置和预热位置可以为相同位置，例如，单晶炉热场内靠近炉顶处的位置。当然，预冷位置与预热位置也可以不同，本技术实施例对此不作限定。
77.在本技术实施例中，在定氧探头回缩至真空隔离舱内后，真空隔离阀可以自动关闭，以使真空隔离舱与单晶炉的热场分隔开。此时，可以更换及维护定氧探头，以为下一次氧含量测试做准备。需要说明的是，在真空隔离阀关闭，进行更换定氧探头之前，还需对真空隔离舱进行充气，以使真空隔离舱的压力与舱位的大气压相同。
78.在实际应用中，为了对硅液中的氧含量进行精准的测定，步骤401、步骤402可以重复1次～6次。当然，具体重复次数可以根据实际需求设定，本技术实施例在此仅示意性说明。
79.需要说明的是，在对硅液的氧含量的测试过程中，可以每测试一次即更换一次定氧探头，也可以根据实际情况每隔一次更换一次定氧探头以节省测试成本，对此，本领域技术人员可以根据定氧探头的损耗程度设定，本技术实施例对此不作具体限定。
80.本技术实施例还提供了一种拉晶设备，具体可以包括单晶炉，以及上述氧含量的测试装置。
81.需要说明的是，本技术实施例中，氧含量的测试装置与前述各实施例中的氧含量的测试装置的结构以及工作原理相同，在此不再赘述。
82.在本技术实施例中，可以根据用户需求在拉晶过程中，通过测氧机构伸入坩埚内的硅液中，测定当前硅液的氧含量，并在定氧仪上将氧含量结果显示，使用户更加直观快捷的了解当前硅液中的氧含量情况，以便及时根据当前硅液中氧含量情况更为精准的定位硅液中氧的来源，及时调整拉晶工艺以调整晶棒中的氧含量，进而提升由上述晶棒制备的单晶硅电池的品质。
83.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。