本發(fā)明涉及單晶硅，具體為一種單晶石英坩堝半透明工藝。
背景技術(shù)：
1、在光伏制造行業(yè)中，單晶硅太陽能電池因其高光電轉(zhuǎn)換效率和綠色環(huán)保特性成為可再生能源領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。石英坩堝作為單晶硅制備過程中的關(guān)鍵容器，因其耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性被廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有石英坩堝主要分為全透明坩堝和不透明坩堝兩種類型，二者在實際使用中均存在顯著的技術(shù)缺陷，限制了單晶硅生產(chǎn)效率和品質(zhì)的進一步提升。
2、全透明石英坩堝在單晶拉制過程中，因其r角及以下部位的支撐強度較低，容易因受力過大而發(fā)生坩堝塌陷或漏硅的現(xiàn)象。這種結(jié)構(gòu)缺陷不僅影響生產(chǎn)穩(wěn)定性，還可能導(dǎo)致硅料損失和設(shè)備損壞。此外，全透明坩堝的裝堝量受限，無法滿足高產(chǎn)量的需求。相比之下，不透明坩堝通過在外層和中層使用較低品質(zhì)的石英砂(如天然石英砂)形成析晶層，雖然一定程度上提高了強度，但其外層和中層中的氣泡在高溫拉制過程中易破裂，導(dǎo)致坩堝直壁厚度減薄，降低了坩堝的使用壽命。
3、現(xiàn)有不透明坩堝的制備工藝通常采用分層加砂和熔融成型技術(shù)，但外層和中層使用的低品質(zhì)石英砂與內(nèi)層高純石英砂在性能上存在較大差距。氣泡破裂不僅削弱了坩堝的結(jié)構(gòu)強度，還可能將雜質(zhì)和氧帶入硅液，顯著降低單晶硅的品質(zhì)。此外，現(xiàn)有單晶硅拉制工藝在裝堝、化料和加料過程中缺乏針對坩堝特性的優(yōu)化，容易引發(fā)坩堝鼓包等異常，增加了生產(chǎn)成本和能耗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的在于提供一種改進的石英坩堝制備工藝及配套的單晶硅拉制方法，通過優(yōu)化坩堝的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝條件，解決坩堝強度不足、氣泡影響品質(zhì)及使用壽命短等問題，同時提高生產(chǎn)效率和單晶硅品質(zhì)。
2、為達成上述目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方案：一種單晶石英坩堝半透明工藝，包括以下步驟：
3、a)制備坩堝外層：在坩堝模具中，直壁部分使用1級石英砂，r角及以下部位使用3級石英砂，通過成型棒熔融成型，并啟用真空系統(tǒng)降低外層氣泡，形成坩堝外層；
4、b)制備坩堝中層：在坩堝模具中，直壁部分使用1級石英砂，r角及以下部位使用2級石英砂，通過成型棒熔融成型，并啟用真空系統(tǒng)降低中層氣泡，形成坩堝中層；
5、c)將成型的外層和中層置于融制區(qū)域，采用真空電弧法融制并脫模，得到半透明坩堝半成品；
6、d)向半透明坩堝半成品內(nèi)加入1級石英砂，采用氣煉熔融法，旋轉(zhuǎn)坩堝預(yù)制件，使熔融的1級石英砂均勻覆蓋半成品內(nèi)層，形成一體化的內(nèi)層透明層，得到半透明石英坩堝；
7、其中，所述1級石英砂為50～120目的玻璃態(tài)高純石英砂，2級石英砂為70～120目的天然石英砂，3級石英砂為90～130目的天然石英砂。
8、進一步的，在本發(fā)明中，所述步驟a)中，直壁部分使用1級石英砂以減少拉晶過程中氣泡破壞坩堝直壁外壁強度，r角及以下部位使用3級石英砂以增強坩堝r角及以下部位的強度，減少高溫拉制過程中坩堝鼓包和漏硅的風(fēng)險。
9、進一步的，在本發(fā)明中，所述步驟b)中，直壁部分使用1級石英砂以降低中層氣泡，避免雜質(zhì)和氧通過氣泡破壞進入硅液，r角及以下部位使用2級石英砂以增強強度并延長坩堝使用壽命。
10、進一步的，在本發(fā)明中，所述步驟d)中，氣煉熔融法采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝，旋轉(zhuǎn)速度控制坩堝預(yù)制件確保1級石英砂均勻覆蓋內(nèi)層，形成厚度均勻的透明層。
11、一種基于上述單晶石英坩堝半透明工藝的單晶硅拉制方法，包括以下步驟：
12、a)裝堝：在裝料過程中，硅料塊尖角部位避免朝向坩堝內(nèi)壁方向，以防止損傷坩堝透明層；
13、b)化料：采用主加熱功率70～95kw、底加熱功率70～85kw進行化料，同時使用150～180slpm的氬氣流量吹拂，控制爐內(nèi)氣流快速流動，降低坩堝直壁溫度；
14、c)加料：控制加料間隔時間在30～45分鐘以內(nèi)，以防止坩堝因高溫受損或發(fā)生鼓包。
15、進一步的，在本發(fā)明中，所述化料步驟中，爐內(nèi)壓力控制在8～10torr，干泵開度為90～100％，以優(yōu)化氣流流動并降低坩堝直壁的熱損傷。
16、進一步的，在本發(fā)明中，所述加料步驟中，加料間隔時間控制在35分鐘以內(nèi)，以進一步提高坩堝溫度控制的穩(wěn)定性，減少坩堝鼓包異常的發(fā)生。
17、進一步的，在本發(fā)明中，所述半透明石英坩堝的直壁部分為全透明結(jié)構(gòu)，r角及以下部位為半透明結(jié)構(gòu)，以提高坩堝強度并增加原料裝堝量。
18、進一步的，在本發(fā)明中，所述工藝可替換方案包括：
19、a)坩堝外層和中層的r角及以下部位可分別使用2級石英砂或1級石英砂，以調(diào)整坩堝強度和透明度；
20、b)氣煉熔融法中可調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度或熔融溫度，以優(yōu)化內(nèi)層透明層的均勻性。
21、一種使用上述單晶石英坩堝半透明工藝制備的石英坩堝，所述坩堝的直壁部分由三層1級石英砂構(gòu)成，r角及以下部位由外層3級石英砂、中層2級石英砂和內(nèi)層1級石英砂構(gòu)成，所述坩堝具有增強的r角強度、延長使用壽命和提高單晶硅品質(zhì)的特性。
22、有益效果，本申請的技術(shù)方案具備如下技術(shù)效果：
23、本發(fā)明提供了一種單晶石英坩堝半透明工藝及其配套的單晶硅拉制方法，通過優(yōu)化坩堝的分層結(jié)構(gòu)和制備工藝，顯著提高了坩堝的整體強度和使用壽命。直壁部分采用全透明結(jié)構(gòu)，使用高純1級石英砂并結(jié)合真空系統(tǒng)減少氣泡生成，有效避免了拉晶過程中氣泡破裂對坩堝壁厚和單晶硅品質(zhì)的影響。同時，r角及以下部位采用分級石英砂增強結(jié)構(gòu)強度，解決了全透明坩堝易塌陷和漏硅的問題。
24、在單晶硅拉制工藝中，本發(fā)明通過優(yōu)化裝堝、化料和加料步驟，進一步保護坩堝并提升生產(chǎn)效率。裝堝時避免硅料尖角損傷坩堝內(nèi)壁透明層，化料過程中降低主加熱功率并增加底加熱功率，結(jié)合大氬氣流量的吹拂，減少坩堝直壁的熱損傷。這些優(yōu)化措施有效控制了爐內(nèi)溫度和氣流，降低了坩堝鼓包等異常現(xiàn)象的發(fā)生概率。
25、此外，本發(fā)明的半透明坩堝設(shè)計允許增加原料裝堝量，減少復(fù)投頻次，從而顯著提升了生產(chǎn)效率。坩堝直壁透明層與中、外層的高強度組合延長了坩堝的使用壽命，降低了生產(chǎn)過程中的更換頻率和維護成本。這種設(shè)計不僅提高了單晶硅的品質(zhì)，還減少了雜質(zhì)和氧的引入，為光伏行業(yè)的高效、綠色生產(chǎn)提供了技術(shù)支持。
26、本發(fā)明的工藝方案具有靈活性，可通過調(diào)整石英砂等級或熔融條件實現(xiàn)不同性能需求的坩堝制備，適應(yīng)多種生產(chǎn)場景。整體而言，該技術(shù)方案在提升坩堝性能、優(yōu)化拉晶工藝和降低生產(chǎn)成本方面具有顯著優(yōu)勢，為光伏行業(yè)單晶硅制造的可持續(xù)發(fā)展提供了重要貢獻。
27、應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
28、結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實施方式的實踐中得知。
1.一種單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，所述步驟a)中，直壁部分使用1級石英砂以減少拉晶過程中氣泡破壞坩堝直壁外壁強度，r角及以下部位使用3級石英砂以增強坩堝r角及以下部位的強度，減少高溫拉制過程中坩堝鼓包和漏硅的風(fēng)險。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，所述步驟b)中，直壁部分使用1級石英砂以降低中層氣泡，避免雜質(zhì)和氧通過氣泡破壞進入硅液，r角及以下部位使用2級石英砂以增強強度并延長坩堝使用壽命。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，所述步驟d)中，氣煉熔融法采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工藝，旋轉(zhuǎn)速度控制坩堝預(yù)制件確保1級石英砂均勻覆蓋內(nèi)層，形成厚度均勻的透明層。
5.一種基于權(quán)利要求1所述單晶石英坩堝半透明工藝的單晶硅拉制方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單晶硅拉制方法，其特征在于，所述化料步驟中，爐內(nèi)壓力控制在8～10torr，干泵開度為90～100％，以優(yōu)化氣流流動并降低坩堝直壁的熱損傷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的單晶硅拉制方法，其特征在于，所述加料步驟中，加料間隔時間控制在35分鐘以內(nèi)，以進一步提高坩堝溫度控制的穩(wěn)定性，減少坩堝鼓包異常的發(fā)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，所述半透明石英坩堝的直壁部分為全透明結(jié)構(gòu)，r角及以下部位為半透明結(jié)構(gòu)，以提高坩堝強度并增加原料裝堝量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單晶石英坩堝半透明工藝，其特征在于，所述工藝可替換方案包括：
10.一種使用權(quán)利要求1所述單晶石英坩堝半透明工藝制備的石英坩堝，其特征在于，所述坩堝的直壁部分由三層1級石英砂構(gòu)成，r角及以下部位由外層3級石英砂、中層2級石英砂和內(nèi)層1級石英砂構(gòu)成，所述坩堝具有增強的r角強度、延長使用壽命和提高單晶硅品質(zhì)的特性。