中國粉體網(wǎng)訊  在“雙碳”背景下，發(fā)展太陽能，對于解決能源短缺、提高環(huán)境質(zhì)量有重要意義。

目前普遍采用光伏發(fā)電技術(shù)對太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)換利用，而晶硅電池在太陽能電池市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，其中單晶硅電池技術(shù)最成熟，性能最穩(wěn)定，與多晶硅電池相比，它有著更低的缺陷密度和更高的轉(zhuǎn)換效率，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。

單晶硅生產(chǎn)工藝

目前兩種常見的單晶硅生產(chǎn)技術(shù)為直拉法和區(qū)熔法。

區(qū)熔法

區(qū)熔法又稱Fz法，即懸浮區(qū)熔法，區(qū)熔法生產(chǎn)單晶硅不使用坩堝，而是將硅棒局部利用線圈進(jìn)行熔化，在熔區(qū)處設(shè)置磁托，因而熔區(qū)可以始終處在懸浮狀態(tài)，將熔硅利用旋轉(zhuǎn)籽晶進(jìn)行拉制，在熔區(qū)下方制備單晶硅。該種方法優(yōu)勢在于，熔區(qū)為懸浮態(tài)，因而在生長過程中單晶硅不會同任何物質(zhì)接觸，并且蒸發(fā)效應(yīng)以及雜質(zhì)分凝效應(yīng)較為顯著，因此具有較高的純度，其單晶硅制品性能相對較好。但由于工藝復(fù)雜，對設(shè)備以及技術(shù)要求較為嚴(yán)格，因此生產(chǎn)成本相對較高。

直拉法

由波蘭科學(xué)家 Czochralski在1916年發(fā)明的直拉法制備單晶硅包含裝料、抽空、檢漏、化料、引晶、縮頸、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長、收尾等步驟。絕大多數(shù)的單晶生產(chǎn)均采用直拉工藝，直拉硅單晶是目前晶硅市場上占比最高的，達(dá)到90%以上，主要用于光伏電池片、半導(dǎo)體等行業(yè)。

直拉單晶硅生長流程圖

抽空及檢漏：首次在單晶爐內(nèi)不斷通入氬氣，將單晶爐內(nèi)部雜質(zhì)清除。隨后對單晶爐內(nèi)進(jìn)行抽真空處理，并對單晶爐內(nèi)空氣泄漏量進(jìn)行檢測，達(dá)到檢測爐膛密封性能的目的。

化料：將裝在石英坩堝內(nèi)的多晶硅料通過石墨加熱器進(jìn)行加熱，使多晶硅料熔化，并維持在熔點(diǎn)溫度。

引晶：采用無位錯單晶硅制備的籽晶，在加熱多晶硅原料至1420℃熔化后并抽真空，沖入氬氣并保持在一定壓力范圍內(nèi)，調(diào)整合適的籽晶和石英坩堝轉(zhuǎn)速，降低籽晶至硅熔體液面上方20mm左右并預(yù)熱2min，再將籽晶與硅熔體接觸使內(nèi)部光圈包圍住籽晶，之后逐步降低溫度，由于受到籽晶與熔硅的溫差影響造成的熱應(yīng)力與表面張力導(dǎo)致產(chǎn)生位錯，因此引晶過程先慢后快一般保持6-8mm/min的縮徑速度以獲得圓滑、細(xì)長的等徑細(xì)徑，同時消除位錯建立無位錯的生長狀態(tài)。

放肩：在引晶技術(shù)后降低提拉速度開始放肩，通常放肩角控制在140°-160°之間稱為放平肩，放肩開始時會發(fā)現(xiàn)籽晶周圍的光圈先在前方出現(xiàn)開口并往兩邊退縮，隨著直徑的增大光圈退縮至直徑兩側(cè)開始向后方靠去。

轉(zhuǎn)肩：晶體放肩至進(jìn)入等徑生長需要進(jìn)行轉(zhuǎn)肩，目前的轉(zhuǎn)肩方法是提高拉速抑制晶體直徑增大的快速轉(zhuǎn)肩工藝。理想情況下，晶體會以此時相同的直徑開始生長，同時提拉速度再次降低，與前期的生長速度相匹配。轉(zhuǎn)肩時若高拉速保持時間過長，會導(dǎo)致晶體直徑再次減小。

等徑生長：控制好晶體的直徑并保持無位錯生長是等徑生長階段主要解決的問題，晶體內(nèi)總是存在熱應(yīng)力，在生長過程中不可能保持絕對的平面，而只要等溫面不是平面，就存在徑向溫度梯度形成熱應(yīng)力，晶體中軸向溫度分布往往具有指數(shù)函數(shù)的形式，因而也必然產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)這些熱應(yīng)力超過了硅的臨界應(yīng)力時晶體中將產(chǎn)生位錯。

收尾：晶體生長達(dá)到預(yù)設(shè)長度時，開始逐步縮小晶體直徑，直至為一點(diǎn)脫離液面，這個過程被稱為收尾。收尾的目的是防止晶體脫離液面時，由熱應(yīng)力巨變引起的位錯反延到晶棒中。位錯的反延現(xiàn)象可以解釋為晶體生長時，采用高拉速提拉晶體，使其快速與熔體分離，引起熱應(yīng)力巨變，位錯產(chǎn)生，而位錯會在晶棒中反向延伸一個晶棒直徑(指斷面處的直徑)。在進(jìn)行收尾操作后，可減小斷面處直徑，延伸距離變短，晶棒有效長度增長。

單晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)

隆基綠能

隆基綠能科技股份有限公司成立于2000年，成立之初以半導(dǎo)體材料為主要業(yè)務(wù)，2006年確立開始轉(zhuǎn)型光伏硅片，并且在以多晶產(chǎn)品為主的光伏市場中全力推進(jìn)單晶路線，成為全球主要的太陽能單晶硅片供應(yīng)商之一。隨著單晶硅片逐漸替代多晶硅片成為市場主流，公司也成長為硅片領(lǐng)域龍頭。

中環(huán)股份

TCL中環(huán)主營業(yè)務(wù)圍繞硅材料展開，專注單晶硅的研發(fā)和生產(chǎn)，以單晶硅為起點(diǎn)和基礎(chǔ)，定位戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，朝著縱深化、延展化方向發(fā)展。主要產(chǎn)品包括半導(dǎo)體材料、光伏硅片、光伏電池及組件；高效光伏電站項(xiàng)目開發(fā)及運(yùn)營。產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，包括集成電路、消費(fèi)類電子、電網(wǎng)傳輸、風(fēng)能發(fā)電、軌道交通、新能源汽車、5G、人工智能、光伏發(fā)電、工業(yè)控制等產(chǎn)業(yè)。在光伏領(lǐng)域，公司是全球光伏單晶硅片“雙寡頭”之一。

晶科能源

晶科能源是一家全球知名、極具創(chuàng)新力的太陽能科技企業(yè)，公司戰(zhàn)略性布局光伏產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)，聚焦光伏產(chǎn)品一體化研發(fā)制造和清潔能源整體解決方案提供，銷量領(lǐng)跑全球主流光伏市場。公司生產(chǎn)環(huán)節(jié)中間品包括硅棒/硅錠、硅片、電池片，并以此為基礎(chǔ)向全球客戶提供高效率、高質(zhì)量的太陽能光伏組件產(chǎn)品，持續(xù)輸送清潔能源，踐行“碳中和、碳達(dá)峰”戰(zhàn)略，助力并推動全球能源綠色轉(zhuǎn)型。

晶澳太陽能

晶澳太陽能科技股份有限公司立足于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈的垂直一體化模式，長期致力于為全球客戶提供光伏發(fā)電系統(tǒng)解決方案，主營業(yè)務(wù)為太陽能光伏硅片、電池及組件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，太陽能光伏電站的開發(fā)、建設(shè)、運(yùn)營，以及光伏材料與設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售等。

天合光能

天合光能是一家全球領(lǐng)先的光伏智慧能源整體解決方案提供商，主要業(yè)務(wù)包括光伏產(chǎn)品、光伏系統(tǒng)、智慧能源三大板塊。光伏產(chǎn)品包括光伏組件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售；光伏系統(tǒng)包括電站業(yè)務(wù)及系統(tǒng)產(chǎn)品業(yè)務(wù)；智慧能源主要由光伏發(fā)電及運(yùn)維、儲能智能解決方案、智能微網(wǎng)及多能系統(tǒng)的開發(fā)和銷售等業(yè)務(wù)構(gòu)成。

京運(yùn)通科技

北京京運(yùn)通科技股份有限公司是一家以高端裝備制造、新材料、新能源發(fā)電和節(jié)能環(huán)保四大產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展的集團(tuán)化企業(yè)，主導(dǎo)產(chǎn)品包括單晶硅生長爐、多晶硅鑄錠爐、區(qū)熔爐等光伏及半導(dǎo)體設(shè)備，多晶硅錠及硅片、直拉單晶硅棒及硅片、區(qū)熔單晶硅棒及硅片等光伏產(chǎn)品，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等新能源發(fā)電項(xiàng)目及蜂窩式中低溫SCR煙氣脫硝催化劑。

雙良節(jié)能

雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司以綠色環(huán)保為己任，不斷開拓創(chuàng)新，致力于成為數(shù)字化驅(qū)動的全生命周期碳中和解決方案服務(wù)商，在“節(jié)能節(jié)水、新能源”等領(lǐng)域形成核心競爭力；以數(shù)字化智造、服務(wù)型智造助推清潔能源革命，已形成多晶硅核心裝備、單晶硅片、電池組件、“分布式光伏工程總包”的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，并深耕地?zé)�、氫能、綠電、儲能等清潔能源技術(shù)研發(fā)及裝備生產(chǎn)，以數(shù)字化驅(qū)動的碳中和綜合服務(wù)助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

弘元綠能

弘元綠色能源股份有限公司成立于2002年，是一家擁有光伏全產(chǎn)業(yè)鏈的國家級專精特新企業(yè)。作為雙碳目標(biāo)和能源革命的踐行者，弘元綠能以“讓能源更清潔、讓世界更美好”為使命，堅(jiān)持科技創(chuàng)新、綠色引領(lǐng)，構(gòu)建硅料、單晶硅片、太陽能電池、光伏組件、新能源電站的光伏全產(chǎn)業(yè)鏈體系，致力于推動雙碳目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)和綠色能源的全面普及。

高景太陽能

高景太陽能股份有限公司聚焦光伏綠色能源，成立于2019年7月3日，主要開展單晶大尺寸硅棒和硅片的研發(fā)、制造及銷售一體化業(yè)務(wù)。公司總部位于珠海橫琴粵澳深度合作區(qū)，下設(shè)廣東珠海50GW單晶硅片、青海西寧50GW單晶硅棒、四川宜賓50GW單晶硅棒及30GW單晶硅片三大生產(chǎn)基地，銷售中心位于江蘇蘇州。

參考來源：

王正省等.直拉法單晶硅生長原理、工藝及展望

石星宇等.連續(xù)拉晶下石英坩堝內(nèi)氣泡變化規(guī)律及晶棒的性能研究

李欣鴿.CZ硅單晶等徑生長階段關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化研究

各企業(yè)官網(wǎng)、年報等

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初末）

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