多晶硅铸锭炉G5升级G6热区方案研究

发布时间:2017-04-10

一、研究背景

目前,主流单晶电池企业通过各种新技术的应用进一步扩大相对多晶电池的发电效率优势,减小相对多晶的成本劣势,使多晶硅片的主导地位受到较大挑战。



图1、在铸锭环节提升多晶硅片竞争力的方法

 

二、G5热场改为G6热场

1、G5隔热笼升级G6隔热笼



隔热笼四个拐角处都有外倒角的为G6隔热笼。原G5热场生产硅锭宽840mm升级为G6后炉腔空间增大,最大化利用现有炉腔空间,可以生产硅锭宽度为1000mm多晶硅锭。

2、热场优化


a. 采用高性能碳纤维保温毡,确保整个G6热场有良好的保温效果;

b. 采用G330石墨作为G6整套热场加热器,合理的热场设计构成了整个热场系统,使G6热场拥有均匀的等温和更理想的固液界面;

c. G6加热器匹配的G6定向凝固散热块。G6定向凝固散热块位置较原G5定向凝固散热块降低了35mm,从而可以使用610mm高的护板,使投料量可以达到900kg。

3、坩埚护板升级









a. 坩埚:采用与G6热场匹配的G6坩埚,其尺寸为1040*1040*540mm,为满足高效铸锭工艺进一步开发了G6高效坩埚,其在坩埚底部内表面经过了高纯石英砂的涂刷处理,处理后的小颗粒大小在40-60目,有效提高了坩埚性

b.护板:采用与G6坩埚匹配的石墨护板,其尺为 1078*610*28mm。提高了安全可靠性。



4、铸锭炉内空间优化

    高效保温材料与G6加热器匹配的极限半熔铸锭工艺,该工艺配合高效G6坩埚使边角籽晶部分熔化,这样既可以保障硅料利用率又保障整碇硅片转换效率。



G5升级G6后,G6热场在横向、纵向上都增大了铸锭空间,可以铸锭900kg的硅锭。产能提升1.5倍。

5、G5G6各项参数对比





a、上图为我公司(甘肃康博丝特新材料有限责任公司)为国内某家多晶硅炉改造项目(京运通炉)产品检测照片;

b、投料量为800kg,平均少子为5.72μs,合格率为70.4%(尾部按2μs去除,头部根据少子分布情况酌情去除,但最低为3μs);

c、改造后晶锭同原装热场晶锭性能上几乎无差别。少子寿命分布均匀,无明显空洞区,红边区域的控制也较为理想。

d、少子不良区域,头部(3μs)去除≤30mm,尾部(2μs)去除≤50mm。

e、少子平均值根据客户配料情况而定,原生料不低于50%的情况下,整棒少子不低于5.0μs。

 

三、G5升级G6改造工程介绍

  450kg铸锭炉内径为1850mm,若按常规方式来设计隔热笼         则不能安装,所以必须修改拐角部位来增大隔热笼内径。以便可以安装G6热场,部分450电气改变对应800型号电气,生产工艺改变成适合800型铸锭工艺,调试阶段略做调整。

  同时侧加热器连接处也必须以斜角方式连接。

  由于炉腔尺寸的限制,拐角处的部分碳纤维保温层厚度为45~50mm,能起到更好的保温效果。

  另外坩埚护板、加热器、保温层之间的间隙有所变化,在经过改造后相互不干涉,并且不产生放电现象。

  热场安装完成后,空炉调试按铸锭工艺烧结后检查热场情况。

  头尾料试炉,投料800kg使用新的生长工艺,通过插玻璃棒测量长晶速度。

   正料投炉(3炉次)稳定工艺,通过开方检验和验证升级改造结果。

 

试制和生产

  1. 设备升级所需要备件。

  2. 对原设备的机械结构、电气、热场进行检查和测量。拆除原热场。

  3. 对铜电极位置进行调整,对机械结构进行调整。

  4. 安装新隔热笼。

  5. 安装新热场。

  6. 热电偶位置调整。

  7. 调整隔热笼零点位置。

  8. 检测升级后的热场情况,核对关键部位的尺寸和材料是否达到要求。

 

使用高效工艺生产

        选用G6高效坩埚,坩埚底面喷涂的氮化硅粉量仅需120g。装料时先用36片整片硅片铺设一层,以保护高效涂层,再铺设15kg流化床法的颗粒料形成中心略高,四周略低的形状,在多晶炉观察孔处插上高纯石英棒,在测得硅料熔化剩余料恰好熔化,随后立即长晶,具体操作还是按照改造后的实际情况而定。

 

G5升级G6改造预期效果介绍

  改造后产能增产一半,由之前一炉投料450kg 增加至800kg~900kg(按实际装料块大小合适而定)。

  产品性能基本达到原先450的标准(目前安现有成功客户端计算标准,其最后转化效率分布在17.5~17.7之间)。

  按照成功案例客户端计算标准下,其收益率达到65%~72%。

  破方后硅锭数量由原先的25块增加到升级后的36块

  目前成功客户的投料比例是60%原生硅+40%回收再利用的边皮硅料和头尾硅料。

  一炉800kg的总耗电在5400°左右。每炉铸锭工艺时间由原来的平均65h/炉增加至78h/炉




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