段成龍 張博 薛書(shū)亮

【摘 ?要】高純多晶硅生產(chǎn)的數(shù)量與品質(zhì)直接影響下游需求。本文通過(guò)分析多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中引入的污染物，以及分析去除各污染物的工藝需求，并按工藝需求設(shè)計(jì)了全自動(dòng)高純多晶硅清洗系統(tǒng)，最后介紹了實(shí)現(xiàn)高純多晶硅清洗工藝的關(guān)鍵設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】高純多晶硅;多晶硅清洗;全自動(dòng)清洗設(shè)備

Key ?words：High purity polysilicon，Polysilicon cleaning，Automatic cleaning equipment;

高純多晶硅是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的一種重要原料，隨著光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，高純多晶硅的需求量逐年增長(zhǎng)。由于市場(chǎng)對(duì)高純多晶硅的產(chǎn)量需求增加，以及產(chǎn)品性能要求的提升，一般的人工清洗很難滿足生產(chǎn)計(jì)劃，并且人工清洗不僅產(chǎn)量低，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且對(duì)操作人員的傷害很大[1]。為了滿足光伏行業(yè)發(fā)展，滿足市場(chǎng)對(duì)高純多晶硅產(chǎn)量及性能的需求，一款具備清洗功能的全自動(dòng)設(shè)備是高純多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中所必不可少的工具。本文介紹一套適用于高純多晶硅生產(chǎn)的全自動(dòng)清洗系統(tǒng)。

1.高純多晶硅清洗

1.1高純多晶硅清洗目的

表金屬雜質(zhì)含量是高純多晶硅一項(xiàng)重要指標(biāo)，雜質(zhì)金屬主要有鐵、銅、鎳、鉻、鋅、鈉、鉀、鋁，一般引用酸浸取-電感耦合等離子質(zhì)譜儀測(cè)定多晶硅表面金屬雜質(zhì)含量[2]。高純多晶硅清洗的目的是使硅料表面清潔無(wú)雜質(zhì)，達(dá)到控制產(chǎn)品表金屬含量的效果，影響產(chǎn)品最終的性能、效率及穩(wěn)定性。

1.2高純多晶硅污染分析

由于環(huán)境、工藝條件、設(shè)備及人為因素的影響，在多晶硅生長(zhǎng)，出爐、運(yùn)輸、加工、包裝等過(guò)程中，不可避免的會(huì)引入不同種類的雜質(zhì)，主要分為以下三類[3]：

（1）顆粒：無(wú)定形硅、灰塵等，造成表金屬雜志含量超標(biāo)。

（2）有機(jī)污染物：如油脂、汗?jié)n及系統(tǒng)的潤(rùn)滑油[4];

（3）金屬污染物：如鐵、銅、鎳等，這些金屬污染物是由于設(shè)備因素或人為操作因素造成。

1.3高純多晶硅清洗工藝·

在硅料破碎、運(yùn)輸處理過(guò)程中形成的污染物，如表面的有機(jī)污染物或者氧化膜使用常規(guī)清洗時(shí)無(wú)法去除的，一般先去除表面有機(jī)物，再處理氧化膜，最后采用清洗、鈍化方式去除顆粒污染物、金屬污染物。主要采用濕法化學(xué)方式，主要有采用硅料堿洗與硅料酸洗配合完成，酸洗為主，堿性配合，表金屬處理工藝中酸洗時(shí)最常用的技術(shù)。

通過(guò)對(duì)高純多晶硅制備過(guò)程中所引入的污染物去除方法分析，可以得出如下清洗工藝：

2.高純多晶硅清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1排風(fēng)單元

清洗設(shè)備在工藝處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣HF、NO、NO2、SiF4，這些廢氣通過(guò)設(shè)備排風(fēng)系統(tǒng)排出，并且設(shè)備其他區(qū)域與清洗處理區(qū)需要設(shè)計(jì)物理隔離，避免廢氣影響設(shè)備其他功能。清洗設(shè)備在工藝處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量水氣，需要及時(shí)通過(guò)排風(fēng)系統(tǒng)排出，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)備的排風(fēng)由引風(fēng)窗和排風(fēng)口組成，引風(fēng)窗位于槽體兩側(cè)，風(fēng)量可調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)設(shè)備內(nèi)部與廠務(wù)之間的風(fēng)壓壓差，風(fēng)道內(nèi)安裝風(fēng)壓檢測(cè)，可以監(jiān)控風(fēng)量大小。如下圖所示。

2.2自動(dòng)傳輸單元

為減少人工干預(yù)，清洗設(shè)備必須設(shè)計(jì)一套自動(dòng)傳輸系統(tǒng)，包括自動(dòng)上下料的傳輸、隔離區(qū)之間水中傳輸、料籃在工位間的機(jī)械手傳輸。機(jī)械臂系統(tǒng)由傳動(dòng)導(dǎo)軌、齒輪齒條、滾軸絲杠、平移及提升伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械臂系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)、拖鏈等組成。掛鉤采用不銹鋼骨架，外包PVDF密封板。

2.3清洗單元

工藝清洗系統(tǒng)主要由混酸清洗槽、純水漂洗槽、漂洗潛送槽、超聲春水漂洗槽、熱水清洗槽、氮?dú)馇兴?、烘干槽、冷卻槽等組成。設(shè)備機(jī)構(gòu)布局如下圖所示。

混酸清洗槽：槽體結(jié)構(gòu)為循環(huán)制冷槽，可以實(shí)現(xiàn)冷卻、鼓泡、循環(huán)功能。槽上口兩側(cè)設(shè)置強(qiáng)排風(fēng)，對(duì)反應(yīng)形成的酸霧及時(shí)抽走，確保腐蝕過(guò)程產(chǎn)生的酸廢氣不會(huì)擴(kuò)散至其它工段。

純水漂洗槽：槽體結(jié)構(gòu)為NPP溢流槽，可以實(shí)現(xiàn)噴淋、漂洗、快排功能處理溶液為DIW。

純水潛送槽：NPP材料加工而成，潛送至下工序中間位，水下橫移（鏈條輸送）。

超聲漂洗槽：NPP材料加工而成，可以實(shí)現(xiàn)超聲、溢流、循環(huán)功能，超聲組件頻率不低于30kHz。

3.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析高純多晶硅清洗的目的、污染物的種類以及污染物的去除工藝，設(shè)計(jì)了一套能夠滿足生產(chǎn)效率與品質(zhì)的全自動(dòng)高純多晶硅清洗設(shè)備，介紹了設(shè)備各重要組成部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。全自動(dòng)高純多晶硅清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，極大的減少了人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品的質(zhì)量，隨著設(shè)備應(yīng)用的不斷升級(jí)，應(yīng)用前景更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]李陽(yáng).硅料清洗設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施[D].華東理工大學(xué)，2013.

[2]于躍，高召帥，吳鋒.影響電子級(jí)多晶硅清洗質(zhì)量的相關(guān)因素[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（15）：181-183.

[3]蔡愛(ài)梅.多晶硅清洗工藝的優(yōu)化[D].天津：天津大學(xué)，2017.

[4]安生虎，陳叮琳.淺談電子級(jí)多晶硅的清洗工藝[J].智能城市，2019，V.5（23）：126-127.