离线装料技术在直拉法硅单晶生产中的应用

辛玉龙， 董 皓， 罗晓斌， 张 波

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

离线装料技术在直拉法硅单晶生产中的应用

辛玉龙， 董 皓， 罗晓斌， 张 波*

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

直拉(CZ)单晶硅生长炉是目前世界上最主要的单晶硅生产设备，但其传统的装料工序存在着耗时长、成本高、安全系数低及产品质量低等隐患。采用离线装料技术可使产品合格率稳定在81.4%以上，单炉生产周期缩短了1 h左右，单炉每月产能增加15 kg，同时人力成本也得到了相应的控制，真正达到了降本增效的目的。

单晶硅;离线装料;直拉法硅单晶;降本增效

引言

直拉法(CZ)生产单晶硅是目前制备单晶硅的最主要方法。在单晶生产过程中，传统装料方法为炉前装料，即，以人工方式在单晶炉前将固态多晶硅料一块块地从炉体外转移到石英坩埚内，再进行合炉、真空检漏［1］。整个过程非常缓慢，而且装料过程中要避免硅料碎屑落入热场内，装料时间(清炉结束到合炉)约为2 h，操作起来较繁琐。此外，装料工工作量不饱和，存在人力浪费现象;在车间内部装料过程中涉及环节较多，硅料的洁净度存在质量隐患，不能确保硅棒的产品质量［2］。

随着光伏市场竞争的日趋激烈，追求低成本和高效率成为每一个企业领跑市场的逐胜之道。其中，最直接有效的方法就是提高生产时效，增加单炉的月产能。笔者长期从事单晶生产工作，经调研与现场试验，采用离线装料技术不仅可以缩短运行周期、提高工作效率，而且可以确保坩埚内所装硅料的洁净度，具有较强的实用性和经济推广价值。

1 离线装料的工作原理

使用一个真空吸盘和一个特制的密封圈与装满多晶硅原生料的石英坩埚密封，通过手动真空阀的气嘴对其抽真空，运输装置用来运输装好多晶硅料的石英坩埚，使用全自动液压吊车将装好的多晶硅料和石英坩埚一起吊入单晶炉的热场内［3］。这样，可在拉晶的任何时候将多晶硅料装入石英坩埚内，不需要等待擦炉完毕后再将石英坩埚先放入热场内进行。离线装料使装料过程由全人工转变为机械化，节约了装料的时间，操作更简单、便捷，同时也避免了装料过程中多晶硅料碎屑掉入热场内带来的不必要损失。

第84页图1a)为本发明用于单晶炉的外部装料机构工作时的三维示意图。

第84页图1b)为本发明用于单晶炉的外部装料机构装好料抽真空时的示意图。

第84页图1c)为本发明用于单晶炉的外部装料机构为单晶炉装料时的示意图。

第84页图1d)为本发明用于单晶炉的外部装料机构的原理示意图。

2 应用效果分析

2.1 生产合格率

离线装料推广之后，开设单独装料间进行装料作业，洁净度大大提高，杂质含量大幅度降低，合格率明显提升。未推行离线装料之前的1月份，拉晶车间产品平均合格率为79.9%;2月份，平均合格率80.09%。推行离线装料之后，截止3月14日，整棒率达到75%以上，平均合格率达到81.41%;4月份，平均合格率达到81.78%。图2为1月～4月产品合格率分布图。

图1 用于单晶炉的外部装料机构

2.2 人力成本

离线装料技术的应用，使得装料工作变得统一和集中，装料工不再像原来一样要等到炉子开炉后才能装料，集中的装料工作使装料工岗位得以压缩和节约，人力成本降低0.52元/kg，每月可节约13.3万元。

图2 产品合格率分布图

2.3 生产周期

传统的炉前装料，从作业准备到合炉需要约2 h。离线装料后，由于省去了作业准备和装料时间，相对传统装料单炉可节约1 h以上，这对追求单炉产能、缩短运行周期也是很有帮助的。

2.4 生产能力

通过离线装料技术改变传统装料方式，直接将炉前装料时间节约下来，进而提高了生产效率和产能，单炉节约了1 h左右，单台单晶炉月度增加了产能15 kg，120台炉月度产能提高了1.8 t。

3 结论

离线装料技术的应用打破了常规传统的装料方式，使装料作业不再局限于清炉之后的时间限制和炉前的地点限制，洁净的室内独立离线装料不仅缩短了生产周期、提高了工作效率，而且改善了装料环境、提高了产品质量，大大降低了硅棒的生产成本，增加了公司的经济效益。

［1］ 黄有志，王丽.直拉单晶硅工艺技术［M］.北京:化学工业出版，2009:51.

［2］董建明，张波，刘进，等.直拉法硅单晶生长中断棱与掉苞问题的探讨［J］.材料导报:纳米与新材料专辑: 21，2013，5(27):157－159.

［3］朱亮，曹建伟，王巍，等.用于单晶炉的外部装料机构:中国，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

山西省科技创新计划项目(2013101021)

辛玉龙，男，1987年出生，2009年毕业于河南理工大学，大学本科，助理工程师，主要从事半导体硅材料研究。

张 波，男，硕士学位，工程师。