连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术创新与应用
获奖分类: 陕西省科学技术进步奖
获奖名称: 连续直拉单晶硅棒生产制造关键技术创新与应用
获奖年份: 2022
获奖级别: 一等奖
主要完成单位: 隆基绿能科技股份有限公司
主要完成人: 钟宝申,周锐,邓浩,李侨,梁永生,白忠学,罗向玉,陈立军,白喜军,魏国锋,赵鹏
成果简介:
本成果围绕单晶硅棒“投料→化料→加料→提拉单晶→取棒”生产工艺全流程,破解了直拉法单晶技术工程化实现过程中在原料复投、热交换、氩气回收、智能控制系统等方面的行业难题,提升了单晶硅棒产能并有效降低生产成本,取得了如下创新贡献。
(1)研发了新的石英坩埚涂层方式,创新了原料复投技术的工程应用,大幅提升单晶炉的有效拉晶工时。本成果将坩埚涂层与拉晶工艺融合,首次在高温对流环境下加入掺杂剂碳酸钡实现坩埚涂层,大幅改善坩埚使用寿命;特别,研发实现连续投料的侧面加料工艺流程,并研制了配套的侧面加料器,极大提升了单炉投料量。两项技术联合使用大幅提升了单晶炉的有效拉晶工时,取得相关研究成果22项,其中授权专利21项、公司技术秘密1项。
(2)研发了用于单晶炉高温环境的高效换热器,大幅提升晶体生长效率。本成果基于热交换原理和晶体生长动力学原理,率先研发出在单晶炉中运用换热器以增强结晶界面温度梯度的一套综合解决方案及其相应换热器设备及操作工艺流程,将晶体生长效率提升了225%,取得5项授权专利。
(3)研发了氩气回收系统,大幅降低拉晶成本。本成果基于空气分离原理和化学链燃烧原理,创新性提出回收单晶炉尾气成分中氩气的技术路线,并研制了一系列承载设备,设计全套的工艺流程,针对单炉氩气用量和炉台数,匹配最优的氩气回收系统,大幅降低了拉晶生产资料的综合成本。取得相关研究成果9项,其中,授权专利4项、软件著作2部、学术论文3篇。
(4)研发了隆基自有的单晶炉控制系统,大幅提升设备自动化水平和安全性。本成果结合隆基先进的拉晶工艺,研发了基于机器视觉、逻辑控制、拉晶工艺等的一套核心算法,开发了基于生产全过程的“温度识别-功率设置-拉速调整-形态测控-安全监控”五维智能控制系统,全面提升了单晶炉工作效率和稳定性,取得相关研究成果22项,其中,授权专利15项、公司技术秘密7项。
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