離線裝料技術(shù)在直拉法硅單晶生產(chǎn)中的應(yīng)用

辛玉龍， 董 皓， 羅曉斌， 張 波

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

離線裝料技術(shù)在直拉法硅單晶生產(chǎn)中的應(yīng)用

辛玉龍， 董 皓， 羅曉斌， 張 波*

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

直拉(CZ)單晶硅生長爐是目前世界上最主要的單晶硅生產(chǎn)設(shè)備，但其傳統(tǒng)的裝料工序存在著耗時(shí)長、成本高、安全系數(shù)低及產(chǎn)品質(zhì)量低等隱患。采用離線裝料技術(shù)可使產(chǎn)品合格率穩(wěn)定在81.4%以上，單爐生產(chǎn)周期縮短了1 h左右，單爐每月產(chǎn)能增加15 kg，同時(shí)人力成本也得到了相應(yīng)的控制，真正達(dá)到了降本增效的目的。

單晶硅;離線裝料;直拉法硅單晶;降本增效

引言

直拉法(CZ)生產(chǎn)單晶硅是目前制備單晶硅的最主要方法。在單晶生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)裝料方法為爐前裝料，即，以人工方式在單晶爐前將固態(tài)多晶硅料一塊塊地從爐體外轉(zhuǎn)移到石英坩堝內(nèi)，再進(jìn)行合爐、真空檢漏［1］。整個(gè)過程非常緩慢，而且裝料過程中要避免硅料碎屑落入熱場(chǎng)內(nèi)，裝料時(shí)間(清爐結(jié)束到合爐)約為2 h，操作起來較繁瑣。此外，裝料工工作量不飽和，存在人力浪費(fèi)現(xiàn)象;在車間內(nèi)部裝料過程中涉及環(huán)節(jié)較多，硅料的潔凈度存在質(zhì)量隱患，不能確保硅棒的產(chǎn)品質(zhì)量［2］。

隨著光伏市場(chǎng)競(jìng)爭的日趨激烈，追求低成本和高效率成為每一個(gè)企業(yè)領(lǐng)跑市場(chǎng)的逐勝之道。其中，最直接有效的方法就是提高生產(chǎn)時(shí)效，增加單爐的月產(chǎn)能。筆者長期從事單晶生產(chǎn)工作，經(jīng)調(diào)研與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用離線裝料技術(shù)不僅可以縮短運(yùn)行周期、提高工作效率，而且可以確保坩堝內(nèi)所裝硅料的潔凈度，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)推廣價(jià)值。

1 離線裝料的工作原理

使用一個(gè)真空吸盤和一個(gè)特制的密封圈與裝滿多晶硅原生料的石英坩堝密封，通過手動(dòng)真空閥的氣嘴對(duì)其抽真空，運(yùn)輸裝置用來運(yùn)輸裝好多晶硅料的石英坩堝，使用全自動(dòng)液壓吊車將裝好的多晶硅料和石英坩堝一起吊入單晶爐的熱場(chǎng)內(nèi)［3］。這樣，可在拉晶的任何時(shí)候?qū)⒍嗑Ч枇涎b入石英坩堝內(nèi)，不需要等待擦爐完畢后再將石英坩堝先放入熱場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。離線裝料使裝料過程由全人工轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化，節(jié)約了裝料的時(shí)間，操作更簡單、便捷，同時(shí)也避免了裝料過程中多晶硅料碎屑掉入熱場(chǎng)內(nèi)帶來的不必要損失。

第84頁圖1a)為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu)工作時(shí)的三維示意圖。

第84頁圖1b)為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu)裝好料抽真空時(shí)的示意圖。

第84頁圖1c)為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu)為單晶爐裝料時(shí)的示意圖。

第84頁圖1d)為本發(fā)明用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu)的原理示意圖。

2 應(yīng)用效果分析

2.1 生產(chǎn)合格率

離線裝料推廣之后，開設(shè)單獨(dú)裝料間進(jìn)行裝料作業(yè)，潔凈度大大提高，雜質(zhì)含量大幅度降低，合格率明顯提升。未推行離線裝料之前的1月份，拉晶車間產(chǎn)品平均合格率為79.9%;2月份，平均合格率80.09%。推行離線裝料之后，截止3月14日，整棒率達(dá)到75%以上，平均合格率達(dá)到81.41%;4月份，平均合格率達(dá)到81.78%。圖2為1月～4月產(chǎn)品合格率分布圖。

圖1 用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu)

2.2 人力成本

離線裝料技術(shù)的應(yīng)用，使得裝料工作變得統(tǒng)一和集中，裝料工不再像原來一樣要等到爐子開爐后才能裝料，集中的裝料工作使裝料工崗位得以壓縮和節(jié)約，人力成本降低0.52元/kg，每月可節(jié)約13.3萬元。

圖2 產(chǎn)品合格率分布圖

2.3 生產(chǎn)周期

傳統(tǒng)的爐前裝料，從作業(yè)準(zhǔn)備到合爐需要約2 h。離線裝料后，由于省去了作業(yè)準(zhǔn)備和裝料時(shí)間，相對(duì)傳統(tǒng)裝料單爐可節(jié)約1 h以上，這對(duì)追求單爐產(chǎn)能、縮短運(yùn)行周期也是很有幫助的。

2.4 生產(chǎn)能力

通過離線裝料技術(shù)改變傳統(tǒng)裝料方式，直接將爐前裝料時(shí)間節(jié)約下來，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，單爐節(jié)約了1 h左右，單臺(tái)單晶爐月度增加了產(chǎn)能15 kg，120臺(tái)爐月度產(chǎn)能提高了1.8 t。

3 結(jié)論

離線裝料技術(shù)的應(yīng)用打破了常規(guī)傳統(tǒng)的裝料方式，使裝料作業(yè)不再局限于清爐之后的時(shí)間限制和爐前的地點(diǎn)限制，潔凈的室內(nèi)獨(dú)立離線裝料不僅縮短了生產(chǎn)周期、提高了工作效率，而且改善了裝料環(huán)境、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大降低了硅棒的生產(chǎn)成本，增加了公司的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 黃有志，王麗.直拉單晶硅工藝技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版，2009:51.

［2］董建明，張波，劉進(jìn)，等.直拉法硅單晶生長中斷棱與掉苞問題的探討［J］.材料導(dǎo)報(bào):納米與新材料專輯: 21，2013，5(27):157－159.

［3］朱亮，曹建偉，王巍，等.用于單晶爐的外部裝料機(jī)構(gòu):中國，201310643320.4［P］.2014－03－19.

Application offline charging technology in czochralski monocrystalline silicon production

XIN Yulong，DONG Hao，LUO Xiaobin，ZHANG Bo

(Shanxi Lu’an Solar Technology Co.，Ltd.，Changzhi Shanxi 046000，China)

Czochralski(CZ)monocrystalline silicon growth furnace is the main production equipment for monocrystalline silicon.But the traditional charging process has problems of time－consuming and high cost，low safety and low quality in product.With the popularization and application of off－line charging technology，the qualified rate of product is more than 81.4%，shortening the production cycle of single furnace for about 1 h.The production capacity of a single furnace per month is increased by 15 kg，while labor cost has also been correspondingly controlled，achieving the purpose of cost reducing and benefit increasing.

monocrystalline silicon;offline charging;czochralski monocrystalline silicon;cost reducing and benefit increasing

TQ127.2，TN304.1

A

1004－7050(2016)06－0083－02

10.16525/j.cnki.cn14－1109/tq.2016.06.25

2016－06－23

山西省科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2013101021)

辛玉龍，男，1987年出生，2009年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事半導(dǎo)體硅材料研究。

張 波，男，碩士學(xué)位，工程師。