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多晶矽鑄錠爐G5升級G6熱區方案研究

發布時間:2017-04-10

一、研究背景

目前,主流單晶電池企業通過各種新技術的應用進一步擴大相對多晶電池的發電效率優勢,減小相對多晶的成本劣勢,使多晶矽片的主導地位受到較大挑戰。



圖1、在鑄錠環節提升多晶矽片競爭力的方法

 

二、G5熱場改爲G6熱場

1、G5隔熱籠升級G6隔熱籠



隔热笼四个拐角处都有外倒角的为G6隔热笼。原G5熱場生产硅锭宽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、熱場优化


a. 采用高性能碳纤维保温毡,确保整个G6熱場有良好的保温效果;

b. 采用G330石墨作为G6整套熱場加热器,合理的熱場设计构成了整个熱場系统,使G6熱場拥有均匀的等温和更理想的固液界面;

c. G6加熱器匹配的G6定向凝固散熱塊。G6定向凝固散熱塊位置較原G5定向凝固散熱塊降低了35mm,從而可以使用610mm高的護板,使投料量可以達到900kg。

3、坩埚護板升級









a. 坩埚:采用与G6熱場匹配的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純石英砂的涂刷处理,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、鑄錠爐內空間優化

    高效保溫材料與G6加熱器匹配的極限半熔鑄錠工藝,該工藝配合高效G6坩埚使邊角籽晶部分熔化,這樣既可以保障矽料利用率又保障整碇矽片轉換效率。



G5升级G6后,G6熱場在横向、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各項參數對比





a、上圖爲我公司(甘肅康博絲特新材料有限責任公司)爲國內某家多晶矽爐改造項目(京運通爐)産品檢測照片;

b、投料量爲800kg,平均少子爲5.72μs,合格率爲70.4%(尾部按2μs去除,頭部根據少子分布情況酌情去除,但最低爲3μs);

c、改造后晶锭同原装熱場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、少子不良區域,頭部(3μs)去除≤30mm,尾部(2μs)去除≤50mm。

e、少子平均值根據客戶配料情況而定,原生料不低于50%的情況下,整棒少子不低于5.0μs。

 

三、G5升級G6改造工程介紹

  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熱場,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。

  同時側加熱器連接處也必須以斜角方式連接。

  由于爐腔尺寸的限制,拐角處的部分碳纖維保溫層厚度爲45~50mm,能起到更好的保溫效果。

  另外坩埚護板、加熱器、保溫層之間的間隙有所變化,在經過改造後相互不幹涉,並且不産生放電現象。

  熱場安装完成后,空炉调试按铸锭工艺烧结后检查熱場情况。

  頭尾料試爐,投料800kg使用新的生長工藝,通過插玻璃棒測量長晶速度。

   正料投爐(3爐次)穩定工藝,通過開方檢驗和驗證升級改造結果。

 

試制和生産

  1. 設備升級所需要備件。

  2. 对原设备的机械结构、电气、熱場进行检查和测量。拆除原熱場。

  3. 對銅電極位置進行調整,對機械結構進行調整。

  4. 安裝新隔熱籠。

  5. 安装新熱場。

  6. 熱電偶位置調整。

  7. 調整隔熱籠零點位置。

  8. 检测升级后的熱場情况,核对关键部位的尺寸和材料是否达到要求。

 

使用高效工藝生産

        選用G6高效坩埚,坩埚底面噴塗的氮化矽粉量僅需120g。裝料時先用36片整片矽片鋪設一層,以保護高效塗層,再鋪設15kg流化床法的顆粒料形成中心略高,四周略低的形狀,在多晶爐觀察孔處插上高純石英棒,在測得矽料熔化剩余料恰好熔化,隨後立即長晶,具體操作還是按照改造後的實際情況而定。

 

G5升級G6改造預期效果介紹

  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)。

  産品性能基本達到原先450的標准(目前安現有成功客戶端計算標准,其最後轉化效率分布在17.5~17.7之間)。

  按照成功案例客戶端計算標准下,其收益率達到65%~72%。

  破方後矽錠數量由原先的25塊增加到升級後的36塊

  目前成功客戶的投料比例是60%原生矽+40%回收再利用的邊皮矽料和頭尾矽料。

  一爐800kg的總耗電在5400°左右。每爐鑄錠工藝時間由原來的平均65h/爐增加至78h/爐




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