外加圓弧保護裝置在單晶硅生產中的應用

廉佳林， 董 皓， 王 成， 辛玉龍

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

引 言

直拉法(CZ)生產單晶硅是目前制備單晶硅的主要方法。在單晶硅生產中，傳統的卸棒作業，主要是將晶棒車放在上爐筒底部，手工操作籽晶上下來完成作業，整個過程由于晶棒(180 kg)只靠3 mm～5 mm的細徑承重缺少保護裝置，經常發生掉棒現象,對生產成本控制與人員安全造成嚴重威脅。

隨著光伏市場競爭的日益激烈，追求完全與高效成為每個企業的逐勝之道，其中，見效最快的就是避免掉棒事故發生，或者減少因掉棒而造成的經濟設備損失和人員傷害。筆者長期從事單晶生產工作，對取棒車進行了反復研究與設計，在現有器具的基礎上完成了改進，可大大提高取棒作業的安全程度，具有很強的實用性和經濟推廣價值。

1 單晶硅的生產流程

單晶硅的生產工藝流程主要有拆清裝爐、裝料、化料、引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻、取棒。

拆清裝爐：作為單晶生長過程中重要的人工作業部分，主要通過對單晶爐熱場進行拆解、清理和安裝，以保證拉晶過程的潔凈度，為下爐的拉單晶工作做準備，拆清裝爐的潔凈度和準確度直接影響著后續成晶的效率和單晶硅的品質。

裝料：單晶拉制的主要原料為原生硅，光伏行業使用的是純度在99.999 9%[1]的原生硅，其高標準的潔凈度與裝料手法對后續作業起到關鍵性的作用。

化料：掛邊、搭橋、濺硅等是化料過程最危險的事故，處理不當可引起漏硅事故，嚴重時直接導致爐體爆炸，因而化料階段的工藝與操作非常重要。拉晶過程中，當爐臺處于引晶、放肩、等徑、收尾、冷卻過程時，爐內的溫度在1 500 ℃[2]左右，操作者通過設備可調整的動作非常有限，拉晶效果也基本定性，而且此過程占據生產周期70%的時間，約70 h左右。

取棒：拉制完成的單晶硅棒在出爐時溫度200 ℃，質量188 kg左右，而且所有硅棒的質量僅靠著直徑3 mm～5 mm的細晶保持連接，這也是人工作業中最危險的一個階段，如果晶棒發生掉落，除了之前作業的成果付之東流，更重要的是人員的安全將受到極大的威脅。

2 圓弧保護裝置

晶棒在爐內冷卻結束后，除了從爐內取出外，還需要人工進行搬運，所以最開始的取棒工具都是只有半邊，在硅棒卸取后，方便抬起作業，但是在降落晶棒的過程中，雖然末期有鏈條保護，但是前、中期，晶棒處于未保護狀態，容易發生掉棒現象。

筆者經過長期觀察，設計出一款保護裝置，可對取棒過程的全過程進行保護，既免除了晶棒意外掉落的損失，又能很好地對作業人員起到保護作用。此保護裝置可與原有取棒車連接，形成封閉空間，來保護降落中的晶棒，其結合方式見第137頁圖1，具體構造見137頁圖2，人員在作業中，只需要扶穩取棒車即可。

圖1 保護裝置與取棒車結合方式

圖2 保護裝置具體構造(單位：mm)

3 保護裝置在實際生產中的應用

取棒作為拉晶人工作業里最危險的一個工序，保護裝置主要應用在取棒環節，在準備取棒時，將保護裝置與原有取棒車相結合即可構成穩定封閉的保護空間，避免掉棒造成的損失，保護作業者以防止受到晶棒的高溫燙傷和掉落砸傷，在取棒作業完畢后，可立即通過快掛結構對保護裝置進行拆除，方便人員搬運晶棒。

4 結語

本文通過對拉晶工藝各流程作業要點的分析，總結出關鍵、重要、危險的環節，并分析了取棒保護裝置在實際生產中的應用與表現，可極大地提高拉晶作業產品的安全性，同時，對生產人員的作業安全起到強有力的保障作用，是單晶硅生產領域不可缺少的裝置。隨著取棒車的不斷改進，在自動升降領域，只要單晶爐的垂直生長不發生改變，此保護裝置將依舊是生產設備中的關鍵和核心。