一种拉晶系统的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能光伏技术领域，特别是涉及一种拉晶系统。


背景技术：

2.目前，在单晶炉中使用直拉法拉制单晶硅棒的过程主要为，将硅原料熔融，得到熔硅，单晶硅棒在拉制过程中由熔硅液面向上垂直生长。在单晶硅棒生长过程中，需要及时吸收单晶硅棒散发的结晶潜热，以为单晶硅棒的生长提供更大的纵向温度梯度，从而保证单晶硅棒具有较高的生长速度。
3.现有技术的单晶炉中，主要吸收单晶硅棒的热辐射，以吸收单晶硅棒散发的结晶潜热，为单晶硅棒的生长提供较大的纵向温度梯度。
4.然而，硅作为良好的热导体，单晶硅棒自身的热传导没有被带走，不利于提供优化的纵向温度梯度，限制了晶体生长速度的进一步提升和单晶硅棒生产成本的进一步降低。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种拉晶系统，旨在解决直拉法中，目前的拉晶系统不利于单晶硅棒快速生长的问题。
6.本实用新型的第一方面，提供一种拉晶系统，所述拉晶系统包括单晶炉和连接于所述单晶炉的第一气源与第二气源；所述第一气源用于向所述单晶炉提供第一惰性气体，所述第二气源用于向所述单晶炉提供第二惰性气体；所述第一惰性气体的比热容大于所述第二惰性气体的比热容，所述单晶炉包括相连通的主室和副室；
7.所述副室具有至少一个第一开口和至少一个第二开口，且所述第一开口位于所述第二开口靠近所述主室的一侧；所述第一气源连接所述第一开口；
8.所述主室具有至少一个第一连接口和至少一个第二连接口，且所述第二连接口位于所述第一连接口远离所述副室的一侧；所述第二气源连接所述第一连接口。
9.在本实用新型实施例中，第一气源向单晶炉提供第一惰性气体，第二气源向单晶炉提供第二惰性气体，第一惰性气体的比热容大于第二惰性气体的比热容，副室具有至少一个第一开口和至少一个第二开口，且第一开口位于第二开口靠近主室的一侧，第一气源连接第一开口，第一惰性气体的比热容较大，在相同的温差下，第一惰性气体从副室中带走更多的热量，可以吸收单晶硅棒自身的热传导，达到对副室的单晶硅棒快速降温的效果，以提供良好的纵向温度梯度，利于提升单晶硅棒的生长速度，并降低生产成本。主室具有至少一个第一连接口和至少一个第二连接口，且第二连接口位于第一连接口远离副室的一侧，第二气源连接第一连接口，第二惰性气体的比热容较小，在相同的温差下，第二惰性气体从主室中带走的热量较少，可以吸收单晶硅棒的热辐射，可以满足保持主室温度稳定的需求。同时，上述拉晶系统可以适用于原有的拉晶工艺，工艺改动小，实现简单。而且，惰性气体吹扫分为两段循环，主室中第二惰性气体携带的氧化物等杂质大量减少，晶体生长界面处洁净度提升，拉晶稳定性高、有利于提升成品品质。
10.可选的，所述第一惰性气体的密度小于所述第二惰性气体的密度。
11.可选的，所述第一惰性气体包括：氦气和/或氖气；所述第二惰性气体包括：氩气。
12.可选的，所述拉晶系统还包括：至少一个第一抽气泵，所述第一抽气泵连接所述第二开口。
13.可选的，所述拉晶系统还包括：至少一个第二抽气泵，所述第二抽气泵连接所述第二连接口。
14.可选的，所述第二开口通过阀门、管道连接于所述第一气源和/或所述第二气源。
15.可选的，所述第二开口通过阀门、管道连接于氩气气源。
16.本实用新型的第二方面，提供一种拉晶方法，应用于如前任一所述的拉晶系统中，所述方法包括：
17.至少在等径阶段，从第一开口向副室中通入第一惰性气体；
18.至少在等径阶段，从第二开口将通入的所述第一惰性气体从所述副室中排出；
19.至少在等径阶段，从第一连接口向主室中通入第二惰性气体；
20.至少在等径阶段，从第二连接口将通入的所述第二惰性气体从所述主室中排出；
21.其中，所述第一惰性气体的比热容，大于所述第二惰性气体的比热容。
22.可选的，所述第一惰性气体的密度小于所述第二惰性气体的密度；
23.所述至少在等径阶段包括：从化料阶段结束至等径阶段结束。
24.可选的，所述拉晶方法还包括：
25.在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，关闭所述第一开口和所述第一连接口；
26.在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，从第二开口向所述单晶炉内通入所述第一惰性气体和/或所述第二惰性气体；
27.在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，从所述第二连接口将通入的所述第一惰性气体和/或所述第二惰性气体从所述单晶炉中排出。
28.可选的，所述第一惰性气体、所述第二惰性气体的通入流量均为20-100slpm。
29.上述拉晶方法能够实现与前述拉晶系统相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1示出了本实用新型实施例中的一种拉晶系统的局部示意图；
32.图2示出了本实用新型实施例中的第一惰性气体、第二惰性气体在拉晶系统中的走向示意图；
33.图3示出了本实用新型实施例中的第一惰性气体和/或第二惰性气体在拉晶系统中的另一种走向示意图；
34.图4示出了本实用新型实施例中的一种拉晶方法步骤流程图。
35.附图编号说明：
36.1-单晶硅棒，2-副室，3-主室，4-第一连接口，5-第二连接口，6-第二开口，7-第一开口。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
38.参照图1所示，图1示出了本实用新型实施例中的一种拉晶系统的局部示意图。本实用新型实施例的拉晶系统包括单晶炉，以及与单晶炉连接的第一气源和第二气源(图1中未示出)，第一气源向单晶炉提供第一惰性气体，第二气源向单晶炉提供第二惰性气体。第一惰性气体的比热容大于第二惰性气体的比热容，则，在相同的温差下，第二惰性气体吸收的热量较少，第一惰性气体吸收的热量较多。
39.单晶炉具有相连通的主室3和副室2。单晶硅棒1从主室3向副室2垂直生长。主室3和副室2处于动态平衡状态，压力一致。
40.副室2具有至少一个第一开口7和至少一个第二开口6。副室2具有的第一开口和第二开口的数量不作具体限定。例如，参照图1所示，副室2具有一个第一开口7和一个第二开口6。第一开口7位于第二开口6靠近主室3的一侧，由于通常主室位于副室的下方，则，第一开口7位于第二开口6的下方。第一气源连接第一开口7，通过第一开口7向副室2中通入第一惰性气体，进而第一惰性气体在副室2中的运动方向即为从下向上。具体的，至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或等径阶段开始，或仅等径阶段，通过第一开口7向副室2中通入第一惰性气体。第二开口6可以用于至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或等径阶段开始，或仅等径阶段，从副室2中排出通入的第一惰性气体。化料阶段结束可以为调温开始之后，或调温开始。第一惰性气体的比热容较大，在相同的温差下，第一惰性气体从副室中带走更多的热量，可以吸收单晶硅棒自身的热传导，达到对副室的单晶硅棒快速降温的效果，以提供良好的纵向温度梯度，利于提升单晶硅棒的生长速度，并降低生产成本。
41.参照图2所示，图2示出了本实用新型实施例中的第一惰性气体、第二惰性气体在拉晶系统中的走向示意图。图2中箭头所示即为第一惰性气体、第二惰性气体在拉晶系统中的走向。如图2所示，第一惰性气体在副室2中的走向为从下往上。
42.主室3具有至少一个第一连接口4和至少一个第二连接口5。主室3具有的第一连接口和第二连接口的数量不作具体限定。例如，参照图1所示，主室3具有一个第一连接口4和一个第二连接口5。第二连接口5位于第一连接口4远离副室2的一侧，由于通常主室位于副室的下方，则，第二连接口5位于第一连接口4的下方。第二气源连接第一连接口4，通过第一连接口4向主室3中通入第二惰性气体，进而第二惰性气体在主室2中的运动方向即为从上向下。具体的，第一连接口4用于至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或等径阶段开始，或仅等径阶段，向主室3中通入第二惰性气体。第二连接口5用于至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或等径阶段开始，或仅等径阶段，从主室3中排出通入的第二惰性气体。参照图2所示，第二惰性气体在主室3中的走向为从上往下。在相同的温差下，第二惰性气体从主室中
带走的热量较少，可以吸收单晶硅棒的热辐射，可以满足保持主室温度稳定的需求。而且，惰性气体吹扫分为两段循环，主室中第二惰性气体携带的氧化物等杂质大量减少，晶体生长界面处洁净度提升，拉晶稳定性高、有利于提升成品品质。
43.本实用新型实施例中，第一惰性气体的比热容较大，在相同的温差下，第一惰性气体从副室中带走更多的热量，可以吸收单晶硅棒自身的热传导，达到对副室的单晶硅棒快速降温的效果，以提供良好的纵向温度梯度，利于提升单晶硅棒的生长速度，并降低生产成本。第二惰性气体的比热容较小，在相同的温差下，第二惰性气体从主室中带走的热量较少，可以吸收单晶硅棒的热辐射，可以满足保持主室温度稳定的需求。相对于现有技术而言，单晶硅棒的生长速度可以提升20％左右。
44.例如，现有技术中，拉制长度2800mm的单晶硅棒需要28h，本实用新型所示的拉晶系统，拉制长度2800mm的单晶硅棒仅需要21.5h，单根单晶硅棒拉制节省6.5h。
45.需要说明的是，第一惰性气体、第二惰性气体至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或从等径阶段开始，或仅等径阶段，不会和硅或单晶硅棒发生化学反应。随着单晶硅棒的进一步生长，伸入副室的长度越长，第一惰性气体吸收传导热的效果越实用新型显，从很大程度上降低了单晶硅棒的传导热，以提供良好的纵向温度梯度，利于单晶硅棒快速生长。
46.同时，需要说明的是，从化料阶段结束，通过第一开口7向副室2中通入第一惰性气体。第二开口6从化料阶段结束，从副室2中排出通入的第一惰性气体。第一连接口4从化料阶段结束，向主室3中通入第二惰性气体。第二连接口5从化料阶段结束，从主室3中排出通入的第二惰性气体。即，从化料阶段结束即开始进行惰性气体双循环吹扫，进而在等径阶段之前，单晶炉内的压力已经调整平衡，能够为等径阶段提供平衡、稳定的压力环境，以利于拉晶。
47.可选的，该第一惰性气体的密度，小于该第二惰性气体的密度，进一步促进第一惰性气体朝上运动，第二惰性气体朝下运动，两者自然相互分离，互不干扰，进而，热场中的气流稳定，利于拉晶。
48.可选的，第一惰性气体包括：氦气和/或氖气；第二惰性气体包括：氩气。具体的，氦气、氖气、氩气至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或从等径阶段开始，或仅等径阶段，不会和硅或单晶硅棒发生化学反应。氦气在25℃，101.325kpa条件下，比热容cp＝5238.3j/(kg〃k)，密度0.1785kg/m3。氖气在25℃，101.325kpa条件下，比热容cp＝1030j/(kg〃k)，密度0.4839g/cm3。氩气在25℃，101.325kpa条件下，比热容cp＝520j/(kg〃k)，密度1.028g/cm3。氦气、氖气的密度均很大程度上小于氩气的密度，氦气、氖气朝上运动，氩气朝下运动，两者分离程度更好，热场中的气流更稳定，更利于拉晶。同时，氦气、氖气的比热容均很大程度大于氩气的比热容，在相同的温差下，氦气、氖气吸收的热量更多，能够提供更好的纵向温度梯度，更利于单晶硅棒快速生长。且氦气、氖气、氩气的成本较低，利于降低拉晶成本。
49.可选的，该拉晶系统还包括至少一个第一抽气泵(图1中未示出)和/或至少一个第二抽气泵(图1中未示出)。第一抽气泵连接第二开口6，和/或，第一抽气泵连接第二连接口5。第一抽气泵用于至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或从等径阶段开始，或仅等径阶段，将通入副室2中的第一惰性气体，从第二开口6抽出。和/或，第二抽气泵用于至少在等径阶段，如，从化料阶段结束或从等径阶段开始，或仅等径阶段，将通入主室3中的第二惰性气体，从第二连接口5抽出。一方面，第一惰性气体和第二惰性气体的抽气分别由第一抽气泵、
第二抽气泵单独控制，便于分别调控，另一方面，可以保障第一惰性气体朝上运动，第二惰性气体朝下运动，两者分离程度更好，热场中的气流更稳定，更利于拉晶。
50.可选的，第一惰性气体、第二惰性气体的通入流量均为20-100slpm(标准升/分)。在上述通入流量范围内，第一惰性气体、第二惰性气体的利用率较高。例如，第一惰性气体、第一惰性气体的通入流量可以均为80slpm。
51.可选的，第二开口通过阀门、管道连接于第一气源或第二气源。具体的，在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，第一开口7和第一连接口4关闭。第二开口6用于在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，向副室2通入第一惰性气体和/或第二惰性气体。第二连接口5用于在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，从主室3排出通入的第二惰性气体。即，在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，第二开口6作为第一惰性气体和/或第二惰性气体的进气口使用，第二连接口5作为第一惰性气体和/或第二惰性气体的出气口使用，能够满足化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，对副室和主室保温、调压的需求。
52.参照图3所示，图3示出了本实用新型实施例中的第一惰性气体和/或第二惰性气体在拉晶系统中的另一种走向示意图。图3中箭头所示即为第一惰性气体和/或第二惰性气体在拉晶系统中的走向。参照图3所示，第一惰性气体和/或第二惰性气体从副室2的第二开口6进入，从上往下走，从主室3的第二连接口5排出拉晶系统，以起到对化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，对副室和主室保温、调压的需求。
53.需要说明的是，可以在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，从副室2的第二开口6向单晶炉内通入氩气，氩气从上往下走，从主室3的第二连接口5排出，氩气成本较低，进而可以降低生产成本。
54.本实用新型实施例还提供一种拉晶方法，应用于如前所述的任一拉晶系统中，参照图4所示，图4示出了本实用新型实施例中的一种拉晶方法步骤流程图。该拉晶方法包括如下步骤：
55.步骤101，至少在等径阶段，从第一开口向副室中通入第一惰性气体。
56.步骤102，至少在等径阶段，从第二开口将通入的所述第一惰性气体从所述副室中排出。
57.步骤103，至少在等径阶段，从第一连接口向主室中通入第二惰性气体。
58.步骤104，至少在等径阶段，从第二连接口将通入的所述第二惰性气体从所述主室中排出；其中，所述第一惰性气体的比热容大于所述第二惰性气体的比热容。
59.上述步骤101至步骤104，可以参照前述有关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
60.可选的，第一惰性气体的密度，小于第二惰性气体的密度，可以参照前述有关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
61.可选的，上述至少在等径阶段可以包括：从化料阶段结束至等径阶段结束，如，可以在化料阶段结束至等径阶段结束段均执行上述惰性气体双循环吹扫的过程。再如，在调温阶段、引晶阶段、放肩阶段、转肩阶段、等径阶段均执行上述惰性气体双循环吹扫的过程。进而，在等径阶段之前，单晶炉内的压力已经调整平衡，能够为等径阶段提供平衡、稳定的压力环境，以利于拉晶。可选的，上述至少在等径阶段还可以包括：从化料阶段结束至收尾阶段结束，如，在调温阶段、引晶阶段、放肩阶段、转肩阶段、等径阶段、收尾阶段均执行上述
惰性气体双循环吹扫的过程。
62.可选的，在上述步骤101之前，该方法还可以包括如下步骤：
63.步骤s1，在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，关闭所述第一开口和所述第一连接口。
64.步骤s2，在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，从所述第二开口向所述单晶炉内通入所述第一惰性气体和/或所述第二惰性气体。
65.步骤s3，在化料阶段结束之前或在等径阶段开始之前，从所述第二连接口将通入的所述第一惰性气体和/或所述第二惰性气体，从所述单晶炉中排出。
66.上述步骤s1至步骤s3，具体是，在化料阶段结束之前或等径阶段开始之前，关闭第一开口和7第一连接口4。第二开口6通过阀门、管道连接于第一气源或第二气源。然后，在化料阶段结束之前，从第二开口6向单晶炉内通入第一惰性气体和/或第二惰性气体。在化料阶段结束之前，从第二连接口5将通入的第一惰性气体或第二惰性气体，从单晶炉中排出。此处同样可以参照前述有关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
67.可选的，第一惰性气体、第二惰性气体的通入流量均为20-100slpm，此处同样可以参照前述有关记载，且能达到相同或相似的有益效果，为了避免重复，此处不再赘述。
68.需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必须的。
69.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
70.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。
71.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型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实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。