直拉单晶硅的制备工艺一般包括多晶硅的装料和熔化，种晶，缩颈，放肩，等径和收尾等。

(1) 装料：将多晶硅原料装入石英坩埚中，在装料过程中需要注意保持原料和石英坩埚的清洁，同时还需防止坩埚破裂。此外，若需要制备具有特定掺杂元素的单晶硅，需在这一步同时按照预设方案进行掺杂。若掺入微量Ⅲ族元素（如硼、镓等）可制得空穴导电的P（positive）型硅单晶；若掺入微量Ⅴ族元素（如磷、砷等）可制得电子导电的N（negative）型硅单晶。Cz法拉制P型硅和N型硅的流程几乎相同，但由于硼在硅中更易保证均匀性，故P型硅的制备相对简单，工艺技术也更加成熟，目前在P型硅片衬底上生产的P型电池是市场主流。然而，N型电池（如异质结、TOPCon等）具有弱光响应好、温度系数低、光致衰减小等优点，有更大的效率提升空间，N型电池将会是电池技术发展的主要方向。

单晶硅P型及N型掺杂示意图

(2) 抽真空、充保护气：为了防止杂质污染，在直拉法制备单晶硅的过程中需要对加热腔体抽真空，并冲入氩气或氮气等保护气体。

(3) 加热、熔料：在保护气环境中对石英坩埚进行加热，使得其内的多晶硅熔化。在此过程中，需要注意防挂边、防搭桥和防硅跳等。

(4) 引晶：将以一定的速度旋转的籽晶与熔融态的原料接触，从而在热力学作用下促使籽晶逐渐生长为尺寸更大的硅单晶。注意，需要事先对籽晶进行预热，以防止籽晶与熔融态原料接触时产生过大的热应力。

(5) 缩颈：在直拉法制备单晶硅的过程中，籽晶与熔融态原料之间的温度差一方面驱动晶体的生长，但另一方面也会引起热冲击进而导致晶体内位错的产生。缩颈的存在可以有效集中和消除位错，从而制备出位错含量较低的硅单晶。

(6) 放肩、转肩：当晶体生长达到目标的单晶直径后，进行放肩、转肩，使单晶进入稳定的等径生长状态。

(7) 等径生长：晶体进入等径生长状态后，可以进行无位错的稳定自动生长。可以通过晶锭外侧的生长条纹和小平面(扁棱和棱线)来判断晶体生长是否处于无位错状态。若晶体沿<111>晶向生长，其具有三条主棱和三条副棱，等径时表现为有生长条纹和三个扁棱；若晶体沿<100>晶向生长，则其具有四条棱线，等径时表现为四条棱线连续。

(8) 收尾：逐步缩小单晶直径，尽可能使其最后缩成一点来结束晶体生长。这主要是为了防止位错反延。一旦出现位错反延，单晶的成品率将会相应降低。

(9) 冷却、取出单晶：在保护气氛围下将晶体冷却1~4小时后，即可取出单晶。

本篇文章来源于: 光伏制造