多晶硅还原炉电源系统的一体化解决方案.doc

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1、多晶硅还原炉电源系统的一体化解决方案        四川英杰电气有限公司摘 要：多晶硅是生产环保新能源——太阳能光伏电池的最基础的材料。本文首先概述了多晶硅生产工艺及其实现方法，然后着重描述了多晶硅还原炉电源系统的一体化解决方案以及针对用户的配套方案。关键词：多晶硅还原炉；电源系统；多晶硅生产工艺；太阳能光伏电池；一体化解决方案中图分类号：            文献标识码：      文章编号：1引言   众所周知，硅材料是半导体工业，电子信息产业，太阳能光伏电池产业的最重要、最基础的功能性材料。而在整个硅材料产业链中，多晶硅是最重要的一环，也是制约我国硅产业发展的主要瓶颈之一。多晶硅作为

2、制备单晶硅的唯一原料和生产太阳能电池的材料，随着近些年来全球单晶硅生产迅速增长和全球光伏发电的环保能源的旺盛需求，使得多晶硅市场异常火爆。   目前多晶硅生产技术主要有：改良西门子法、硅烷法和流化床法，从多晶硅生产的主要工艺技术的现状和发展趋势来看，改良西门子工艺能够兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以其技术成熟、适合产业化生产等特点，仍是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺。但该技术主要被美、日、德等国垄断，直到2000年左右才寻到机会，从俄罗斯引入，然后在有关研究院的努力下，形成了国内自有技术，攻克了多晶硅制造及产业化的基础性关键性问题，使得大规模生产成为可能。随着多晶硅项目红红火火地展开，

3、也就将配套设备的相关问题暴露了出来。据有关专家分析，我国多晶硅在工业生产方面与国际先进水平的差距主要表现在四个方面：一是工艺、设备落后，导致物料与电力消耗过大；二是生产规模小；三是超高纯产品难以获得；四是成本没有竞争力。   这样一来大家都不得不注意到：方案及其设备的性能好坏直接影响着多晶硅生产的品质和成本，同时对于设备能否长期稳定、可靠运行以及设备后期维护的难度和效率也对生产影响深远。所以选择一个好的方案，选择一套性价比高的设备，选择一个专业的、综合实力雄厚的、拥有自主知识产权的、能长期稳定运作的、服务响应快捷的、不受国际关系剧烈动荡影响的、可靠的公司成为了当前国内众多企业的首选。   在

4、以下的章节中，将着重对多晶硅还原炉电气系统的一体化解决方案及其设备性能进行介绍，抛砖引玉以便有关企业共同探究。2各种解决方法2.1 多晶硅生产工艺简述   改良西门子法采用氢还原三氯氢硅的方式生产多晶硅。三氯氢硅还原在超低碳的不锈钢或镍基合金制成的水冷炉壁还原炉内，用氢将三氯氢硅还原成硅。炉内有不透明的石英钟罩和用细硅芯或钽管制成的发热体。细硅芯是用超纯硅在特制的硅芯炉内制成。在进行化学气相沉积之前，由于硅在常温时电阻率很高，因此硅芯必须在石英罩外用电阻加热至300℃或用几千伏的高压电启动。经过提纯的氢气在挥发器将三氯氢硅自炉底带入炉内，于1100℃左右进行还原反应，使硅沉积在发热体上。由于

5、诸多原因使硅的沉积速度较慢，一般不超过0.5mm/h，生产直径为150～200mm的多晶硅棒需要一周乃至更多时间。2.2 工艺实现的方法   基于上述工艺可知，多晶硅生产首先需要启动，然后再进行还原生长。目前从行业实际应用情况来看，还原生长方法的差异主要在于电气技术上（见第3.3.2节），而还原启动方法的差异较大：   ◆外加热方法   由于硅在常温时电阻率很高，不易导通，业内多晶硅生产厂家常采用①石墨加热、②等离子加热、③卤素灯加热等外加热方式，将还原炉炉温加热至300℃左右，还原电源输出中压，使硅芯导通，完成启动过程，然后继续加热进行化学气相沉积，完成还原生长。但以上启动方案或多或少存在

6、：操作麻烦、起动时间长、效率低、启动成功率低、影响硅纯度、还原设备复杂等弊端。   ◆电启动方法   因此也有部分多晶硅生产厂家采用几千伏的高压电启动方式，由于是让硅棒自身发热，从而使其发热内外上下均匀、快速，同时可有效解决或缓解上述弊端：缩短启动时间、提高启动效率和成功率、减小还原电气设备复杂程度。因此，高压启动方式具有先天优势，对于高品质的多晶生产是目前的一种最优选择。   ■一体化方案   广大的多晶制造企业对各种启动方式的电气设备和还原设备，并不十分熟悉，而且繁杂的方法和设备也给大家带来了不少困惑：不知道各种设备的可靠性、先进性、成熟性、各子系统的相互匹配性以及如何搭配等等。这样一来

7、，对于能提供一体化解决方案的需求变得愈发重要，毕竟多晶项目的设备是相当重要而且投入也是非常巨大的。3一体化解决方案3.1概述   英杰电气公司在成功开发出单晶硅电源、多晶硅铸锭电源的同时，积极探索多晶硅还原炉电源系统的关键技术，于2007年底成功推出多晶硅还原炉电源系统的一体化解决方案。该方案的核心部份由高压启动电源和还原电源组成，辅以切换柜、隔离柜、接地柜及上位DCS系统组成了整个电源系统，能够成功完成多晶