对下一代G8多晶铸锭炉的几点讨论

摘要：目前，G6铸锭炉是国内光伏行业中主要的多晶铸锭设备，然而多晶铸锭最重要的是质量和成本，G8的生产效率更高，成本更低，质量也较好；G6多晶铸锭设备也不断老化，将面临着更新换代，因此下一代G8多晶铸锭炉是未来的发展方向，有希望替代G6、G7。本文主要从G8铸锭炉的性能及特点进行探讨。

关键词：光伏 多晶硅 铸锭 铸锭炉 G8 

引言：近年来，为了尽快实现平价上网并能大规模应用，上下游各个生产环节（硅料、晶硅、切片、电池、组件、系统）都在不断地进行提高生产效率、降低生产成本、提升整体质量。

而晶硅环节中，市场首选是利用多晶硅进行铸锭。

在国内，目前光伏行业内主要的多晶铸锭设备是G6（6×6=36块方锭），新上或扩建的项目也大多选择G6。此外，已有部分设备制造商和研究人员对现有的多晶铸锭炉进行G7（7×7=49块方锭）改造（比如：JYT660炉型）。多晶铸锭最重要的是质量和成本，因此下一代G8多晶铸锭炉将是未来的发展方向。本文主要从G8铸锭炉的性能及特点进行探讨。

1.基本指标

目前，在行业内主流是G6，为了便于比较，我们将相关的基本数据进行汇总，如：石英坩埚尺寸、装料密度、装料量、工艺时间、能耗等，见表1。

表1：铸锭工艺基本数据和指标 2.主要数据

将对G5，G6，G8铸锭炉产出的硅锭主要数据（成品率、产能、转换效率）进行分析。G8铸锭炉投料量增加，硅锭尺寸相应加大，而头尾及边皮不合格区域重量（边皮厚度差别不大）增加较少，所以硅锭成品区域（A、B、C区）重量增加，成品率(利用率/成晶率)相应提高，见图1。

图1.不同铸锭炉的成品率 随着市场复苏，过剩问题正在缓解，但是，还难有根本性改观，过剩仍很严重，市场竞争将更加激烈，成本和质量才是最关键的考虑因素之一，在以后的竞争中，谁抓住了这两点取
得了优势，谁就掌握了以后市场的主动权。

采用G8，坩埚尺寸变大及铸锭热场改造，增加了投料量，提高了多晶硅锭成品率，而工艺时间却相对增加不多，单台铸锭炉的产能将大幅增加，则相同的产能，需要生产硅锭的数量将更少，或者需要更少的人力成本（非硅不变）。

另外，投料量加大、工艺时间增加不多，单位主、辅材以及能耗（耗电、水、气等）的降低，将进一步降低生产成本，见图2。

图2. 单台铸锭炉的月产能及成本 图3，4 显示，相对于G5和G6, G8硅锭C区拥有较多的中心小方锭，比例增加，且中心区域距离坩埚侧壁较远，铸锭过程中受坩埚中所含杂质的污染较少，平均硅片质量将提高，一
般C区具有相对较高的转换效率，有助于提升整锭的平均效率，见下图4。

图3. G5~G8硅锭A,B,C区的不同分布 

图4.G5~G8中 A.B.C区不同的占比

图5. G5~G8中C区不同比例对整锭平均效率的影响3.热场和工艺调试
G5改造为G6，由于G5炉体具有足够大的的尺寸空间，热场较易扩大，而G8炉体尺寸限制和热场结构固定，改造和工艺调试比较复杂，因此，G8铸锭炉改造需要打破现有的炉型结
构和升级路线，属于全新的研制设计。

由于硅锭尺寸的加大，为确保硅锭熔化、长晶的固液界面、退火的均匀等，需要大尺寸热场温度控制稳定技术，即对热场温度横向梯度有效控制，又要对垂直温度梯度有效控制。

同时，也需要先进的定向结晶控制工艺，好的多晶铸锭工艺可以提高炉体热场的配套性，提高硅锭的质量和稳定性。G8改造后需要进行多晶工艺调整，如：降低工艺时间，控制晶向，减少位错和阴影及有效排杂。

因此，G8改造过程中控制方式、冷却方式、加热器配置和热场区域的布置，工艺配方都需要改动，例如：GT炉型，在结构上底部加热器的引入，在控制方式上加热器分开控制；ALD炉型，在结构上侧面加热器的引入，控制方式上冷却的打开方式需要调整。

4.安全性

和上游硅料生产环节一样，铸锭也是高危环节，在G6生产过程中，易发生支撑坍塌、坩埚破裂，导致硅液倾覆外流，炉体滴穿，甚者爆炸等严重事故，给企业造成了经济损失和人
员伤害。

相比于G5、G6，G8装料重量大幅度增加，工艺时间会延长，溢流风险性也会相应提高，安全性就显得尤为重要。因此，生产和改造中需要提高坩埚、涂层的质量，同时也需要加强支撑结构、溢流检测技术（快速、少量）、硅液吸收材料、防爆泄压性能等的设计。

5.其它

G8将是个系统工程，需要产业的上、下游配套。比如：针对当前长晶测量方式和装置，多采用接触式、人工，使用玻璃棒测量，记录及反馈数据，从而进行晶体生长控制，此方法存在漏气、断裂、粘棒等问题；如果可以采用非接触式测量技术，利用电磁波、成像、红外等原理，区分液体硅和固体硅，探测其高度，进而自动反馈测量数值，控制晶体生长，将更
加有效的辅助晶体生长工艺调整。

另外，具备G8剖切能力的开方机，起吊装置，线切机等相应技术开发也需要跟上。

6.结论

通过以上的分析可以得知，G8的劳动生产率更高，成本更低，质量也较好，优势明显。

随着多晶铸锭设备陆续的老化，将面临更新换代的需求，如果G8 较G7技术更加成熟，价格合理，那么G8将代替G7，或直接跨过G7，值得期待。

作者：韩华新能源科技有限公司 唐青岗 魏国 吴金友



 

 

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