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關(guān)鍵詞：光伏 多晶硅 鑄錠 鑄錠爐 G8
引言：近年來(lái)，為了盡快實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)并能大規(guī)模應(yīng)用，上下游各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)（硅料、晶硅、切片、電池、組件、系統(tǒng)）都在不斷地進(jìn)行提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提升整體質(zhì)量。
而晶硅環(huán)節(jié)中，市場(chǎng)首選是利用多晶硅進(jìn)行鑄錠。
在國(guó)內(nèi)，目前光伏行業(yè)內(nèi)主要的多晶鑄錠設(shè)備是G6（6×6=36塊方錠），新上或擴(kuò)建的項(xiàng)目也大多選擇G6。此外，已有部分設(shè)備制造商和研究人員對(duì)現(xiàn)有的多晶鑄錠爐進(jìn)行G7（7×7=49塊方錠）改造（比如：JYT660爐型）。多晶鑄錠最重要的是質(zhì)量和成本，因此下一代G8多晶鑄錠爐將是未來(lái)的發(fā)展方向。本文主要從G8鑄錠爐的性能及特點(diǎn)進(jìn)行探討。
1.基本指標(biāo)
目前，在行業(yè)內(nèi)主流是G6，為了便于比較，我們將相關(guān)的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，如：石英坩堝尺寸、裝料密度、裝料量、工藝時(shí)間、能耗等，見(jiàn)表1。
表1：鑄錠工藝基本數(shù)據(jù)和指標(biāo)
將對(duì)G5，G6，G8鑄錠爐產(chǎn)出的硅錠主要數(shù)據(jù)（成品率、產(chǎn)能、轉(zhuǎn)換效率）進(jìn)行分析。G8鑄錠爐投料量增加，硅錠尺寸相應(yīng)加大，而頭尾及邊皮不合格區(qū)域重量（邊皮厚度差別不大）增加較少，所以硅錠成品區(qū)域（A、B、C區(qū)）重量增加，成品率(利用率/成晶率)相應(yīng)提高，見(jiàn)圖1。
圖1.不同鑄錠爐的成品率
隨著市場(chǎng)復(fù)蘇，過(guò)剩問(wèn)題正在緩解，但是，還難有根本性改觀，過(guò)剩仍很嚴(yán)重，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈，成本和質(zhì)量才是最關(guān)鍵的考慮因素之一，在以后的競(jìng)爭(zhēng)中，誰(shuí)抓住了這兩點(diǎn)取
得了優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就掌握了以后市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。
采用G8，坩堝尺寸變大及鑄錠熱場(chǎng)改造，增加了投料量，提高了多晶硅錠成品率，而工藝時(shí)間卻相對(duì)增加不多，單臺(tái)鑄錠爐的產(chǎn)能將大幅增加，則相同的產(chǎn)能，需要生產(chǎn)硅錠的數(shù)量將更少，或者需要更少的人力成本（非硅不變）。
另外，投料量加大、工藝時(shí)間增加不多，單位主、輔材以及能耗（耗電、水、氣等）的降低，將進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，見(jiàn)圖2。
得了優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就掌握了以后市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。
采用G8，坩堝尺寸變大及鑄錠熱場(chǎng)改造，增加了投料量，提高了多晶硅錠成品率，而工藝時(shí)間卻相對(duì)增加不多，單臺(tái)鑄錠爐的產(chǎn)能將大幅增加，則相同的產(chǎn)能，需要生產(chǎn)硅錠的數(shù)量將更少，或者需要更少的人力成本（非硅不變）。
另外，投料量加大、工藝時(shí)間增加不多，單位主、輔材以及能耗（耗電、水、氣等）的降低，將進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，見(jiàn)圖2。
圖2. 單臺(tái)鑄錠爐的月產(chǎn)能及成本
般C區(qū)具有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)換效率，有助于提升整錠的平均效率，見(jiàn)下圖4。
圖3. G5~G8硅錠A,B,C區(qū)的不同分布
圖4.G5~G8中 A.B.C區(qū)不同的占比
圖5. G5~G8中C區(qū)不同比例對(duì)整錠平均效率的影響
3.熱場(chǎng)和工藝調(diào)試
G5改造為G6，由于G5爐體具有足夠大的的尺寸空間，熱場(chǎng)較易擴(kuò)大，而G8爐體尺寸限制和熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)固定，改造和工藝調(diào)試比較復(fù)雜，因此，G8鑄錠爐改造需要打破現(xiàn)有的爐型結(jié)
構(gòu)和升級(jí)路線，屬于全新的研制設(shè)計(jì)。
由于硅錠尺寸的加大，為確保硅錠熔化、長(zhǎng)晶的固液界面、退火的均勻等，需要大尺寸熱場(chǎng)溫度控制穩(wěn)定技術(shù)，即對(duì)熱場(chǎng)溫度橫向梯度有效控制，又要對(duì)垂直溫度梯度有效控制。
同時(shí)，也需要先進(jìn)的定向結(jié)晶控制工藝，好的多晶鑄錠工藝可以提高爐體熱場(chǎng)的配套性，提高硅錠的質(zhì)量和穩(wěn)定性。G8改造后需要進(jìn)行多晶工藝調(diào)整，如：降低工藝時(shí)間，控制晶向，減少位錯(cuò)和陰影及有效排雜。
因此，G8改造過(guò)程中控制方式、冷卻方式、加熱器配置和熱場(chǎng)區(qū)域的布置，工藝配方都需要改動(dòng)，例如：GT爐型，在結(jié)構(gòu)上底部加熱器的引入，在控制方式上加熱器分開(kāi)控制；ALD爐型，在結(jié)構(gòu)上側(cè)面加熱器的引入，控制方式上冷卻的打開(kāi)方式需要調(diào)整。
4.安全性
和上游硅料生產(chǎn)環(huán)節(jié)一樣，鑄錠也是高危環(huán)節(jié)，在G6生產(chǎn)過(guò)程中，易發(fā)生支撐坍塌、坩堝破裂，導(dǎo)致硅液傾覆外流，爐體滴穿，甚者爆炸等嚴(yán)重事故，給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失和人
員傷害。
相比于G5、G6，G8裝料重量大幅度增加，工藝時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，溢流風(fēng)險(xiǎn)性也會(huì)相應(yīng)提高，安全性就顯得尤為重要。因此，生產(chǎn)和改造中需要提高坩堝、涂層的質(zhì)量，同時(shí)也需要加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)、溢流檢測(cè)技術(shù)（快速、少量）、硅液吸收材料、防爆泄壓性能等的設(shè)計(jì)。
5.其它
G8將是個(gè)系統(tǒng)工程，需要產(chǎn)業(yè)的上、下游配套。比如：針對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)晶測(cè)量方式和裝置，多采用接觸式、人工，使用玻璃棒測(cè)量，記錄及反饋數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)控制，此方法存在漏氣、斷裂、粘棒等問(wèn)題；如果可以采用非接觸式測(cè)量技術(shù)，利用電磁波、成像、紅外等原理，區(qū)分液體硅和固體硅，探測(cè)其高度，進(jìn)而自動(dòng)反饋測(cè)量數(shù)值，控制晶體生長(zhǎng)，將更
加有效的輔助晶體生長(zhǎng)工藝調(diào)整。
另外，具備G8剖切能力的開(kāi)方機(jī)，起吊裝置，線切機(jī)等相應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)也需要跟上。
6.結(jié)論
通過(guò)以上的分析可以得知，G8的勞動(dòng)生產(chǎn)率更高，成本更低，質(zhì)量也較好，優(yōu)勢(shì)明顯。
隨著多晶鑄錠設(shè)備陸續(xù)的老化，將面臨更新?lián)Q代的需求，如果G8 較G7技術(shù)更加成熟，價(jià)格合理，那么G8將代替G7，或直接跨過(guò)G7，值得期待。
作者：韓華新能源科技有限公司 唐青崗 魏國(guó) 吳金友
G5改造為G6，由于G5爐體具有足夠大的的尺寸空間，熱場(chǎng)較易擴(kuò)大，而G8爐體尺寸限制和熱場(chǎng)結(jié)構(gòu)固定，改造和工藝調(diào)試比較復(fù)雜，因此，G8鑄錠爐改造需要打破現(xiàn)有的爐型結(jié)
構(gòu)和升級(jí)路線，屬于全新的研制設(shè)計(jì)。
由于硅錠尺寸的加大，為確保硅錠熔化、長(zhǎng)晶的固液界面、退火的均勻等，需要大尺寸熱場(chǎng)溫度控制穩(wěn)定技術(shù)，即對(duì)熱場(chǎng)溫度橫向梯度有效控制，又要對(duì)垂直溫度梯度有效控制。
同時(shí)，也需要先進(jìn)的定向結(jié)晶控制工藝，好的多晶鑄錠工藝可以提高爐體熱場(chǎng)的配套性，提高硅錠的質(zhì)量和穩(wěn)定性。G8改造后需要進(jìn)行多晶工藝調(diào)整，如：降低工藝時(shí)間，控制晶向，減少位錯(cuò)和陰影及有效排雜。
因此，G8改造過(guò)程中控制方式、冷卻方式、加熱器配置和熱場(chǎng)區(qū)域的布置，工藝配方都需要改動(dòng)，例如：GT爐型，在結(jié)構(gòu)上底部加熱器的引入，在控制方式上加熱器分開(kāi)控制；ALD爐型，在結(jié)構(gòu)上側(cè)面加熱器的引入，控制方式上冷卻的打開(kāi)方式需要調(diào)整。
4.安全性
和上游硅料生產(chǎn)環(huán)節(jié)一樣，鑄錠也是高危環(huán)節(jié)，在G6生產(chǎn)過(guò)程中，易發(fā)生支撐坍塌、坩堝破裂，導(dǎo)致硅液傾覆外流，爐體滴穿，甚者爆炸等嚴(yán)重事故，給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失和人
員傷害。
相比于G5、G6，G8裝料重量大幅度增加，工藝時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，溢流風(fēng)險(xiǎn)性也會(huì)相應(yīng)提高，安全性就顯得尤為重要。因此，生產(chǎn)和改造中需要提高坩堝、涂層的質(zhì)量，同時(shí)也需要加強(qiáng)支撐結(jié)構(gòu)、溢流檢測(cè)技術(shù)（快速、少量）、硅液吸收材料、防爆泄壓性能等的設(shè)計(jì)。
5.其它
G8將是個(gè)系統(tǒng)工程，需要產(chǎn)業(yè)的上、下游配套。比如：針對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)晶測(cè)量方式和裝置，多采用接觸式、人工，使用玻璃棒測(cè)量，記錄及反饋數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行晶體生長(zhǎng)控制，此方法存在漏氣、斷裂、粘棒等問(wèn)題；如果可以采用非接觸式測(cè)量技術(shù)，利用電磁波、成像、紅外等原理，區(qū)分液體硅和固體硅，探測(cè)其高度，進(jìn)而自動(dòng)反饋測(cè)量數(shù)值，控制晶體生長(zhǎng)，將更
加有效的輔助晶體生長(zhǎng)工藝調(diào)整。
另外，具備G8剖切能力的開(kāi)方機(jī)，起吊裝置，線切機(jī)等相應(yīng)技術(shù)開(kāi)發(fā)也需要跟上。
6.結(jié)論
通過(guò)以上的分析可以得知，G8的勞動(dòng)生產(chǎn)率更高，成本更低，質(zhì)量也較好，優(yōu)勢(shì)明顯。
隨著多晶鑄錠設(shè)備陸續(xù)的老化，將面臨更新?lián)Q代的需求，如果G8 較G7技術(shù)更加成熟，價(jià)格合理，那么G8將代替G7，或直接跨過(guò)G7，值得期待。
作者：韓華新能源科技有限公司 唐青崗 魏國(guó) 吳金友
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