本書主要內容包括單晶爐的基本知識、直拉單晶爐、直拉單晶爐的熱系統(tǒng)及熱場、晶體生長控制器、原輔材料的準備、直拉單晶硅生長技術、鑄錠多晶硅工藝、摻雜技術等內容。本書可作為各類院校太陽能光伏產(chǎn)業(yè)硅材料技術專業(yè)、新能源專業(yè)的教材,也可作為單晶硅生產(chǎn)企業(yè)的員工培訓教材,還可作為相關專業(yè)工程技術人員的參考書。
目前世界光伏產(chǎn)業(yè)以大約30%的年平均增長率快速發(fā)展,位于全球能源發(fā)電市場增長率的首位。預計到2030年,太陽能光伏發(fā)電將占世界發(fā)電總量的30%以上,到2050年,光伏發(fā)電將成為全球重要的能源支柱產(chǎn)業(yè)。目前很多國家紛紛出臺有力政策,制訂發(fā)展規(guī)劃,大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè),使光伏市場呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的局面。當前我國已有上千家各種類型的光伏企業(yè),已成為太陽能電池生產(chǎn)大國。中國光伏材料產(chǎn)業(yè)熱潮催生了上游原料企業(yè)的遍地開花,新興光伏企業(yè)不斷擴產(chǎn),各地多晶硅、單晶硅項目紛紛開工,中國光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出繁榮發(fā)展的景象。要發(fā)展太陽能光伏產(chǎn)業(yè),專業(yè)技術人才是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵。當前我國硅材料和光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與相關專業(yè)人才培養(yǎng)相對滯后的矛盾,造成了越來越多的硅材料及光伏生產(chǎn)企業(yè)技術人才資源緊張。為培養(yǎng)太陽能光伏專業(yè)技術人才,很多職業(yè)院校開設了相關專業(yè)課程,而教材對支撐課程質量舉足輕重,由于太陽能光伏專業(yè)是新興專業(yè),市場上現(xiàn)有的可資借鑒和參考的配套教材比較匱乏,為此編審委員會根據(jù)硅材料技術專業(yè)崗位群的需要,調研多家光伏企業(yè),結合企業(yè)的生產(chǎn)實際狀況編寫出了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)系列教材。該系列教材以光伏材料的主產(chǎn)業(yè)鏈為主線,涉及硅材料基礎、硅材料檢測、多晶硅生產(chǎn)、晶體硅制取、硅片加工與檢測、光伏材料生產(chǎn)設備、太陽能電池生產(chǎn)技術、太陽能組件生產(chǎn)技術等多個方向。其中《直拉單晶硅工藝技術》是其中的一本,幾年來經(jīng)過多所職業(yè)院校的使用,得到了一致的認可,收到了很好的效果。 為了更好地適應當前職業(yè)院校光伏專業(yè)職業(yè)技術人才培養(yǎng)方案的要求,作者根據(jù)學校反饋的意見和要求,對本書第一版進行了修訂,更正了原書中存在一些錯誤,根據(jù)現(xiàn)在的生產(chǎn)實際狀況,更換了一些設備圖。全書依舊保持原有編寫特色:采用大量篇幅和現(xiàn)場照片闡述直拉單晶硅生產(chǎn)工藝的全過程,以期達到培養(yǎng)實用型人才的目的,理論知識方面以夠用實用為原則,淺顯易懂,側重實踐技能的操作。 本書由黃有志、王麗任主編,郭宇任副主編,參加編寫的人員還有鄧豐、楊岍、唐正林等,參加審稿的老師提出了許多寶貴意見和建議,在此表示衷心的感謝。 本書可作為各類院校太陽能光伏產(chǎn)業(yè)硅材料技術專業(yè)的教材,同時可作為企業(yè)對員工的崗位培訓教材,也可作為相關專業(yè)的工程技術人員參考學習。 隨著生產(chǎn)工藝的發(fā)展進步,教材內容也存在一個不斷優(yōu)化的過程,在編寫過程中,由于筆者經(jīng)驗和水平所限,書中難免存在不足之處,懇請廣大讀者給予批評指正,以使我們今后更好地修訂和完善。 教材編審委員會2017年3月
緒論1
第1章單晶硅的基本知識3
1.1晶體和非晶體3
1.2單晶和多晶7
1.3空間點陣和晶胞8
1.4晶面和晶向11
1.5晶體的熔化和凝固15
1.6結晶過程的宏觀特征16
1.7晶核的形成17
1.8二維晶核的形成18
1.9晶體的長大19
1.10生長界面結構模型21
習題23
第2章直拉單晶爐25
2.1直拉單晶爐設備簡介25
2.2直拉單晶爐的結構26
2.3機械部分27
2.4電氣部分35
2.5直拉單晶爐的工作環(huán)境40
習題41
第3章直拉單晶爐的熱系統(tǒng)及熱場43
3.1熱系統(tǒng)43
3.2熱系統(tǒng)的安裝與對中46
3.3熱場47
3.4溫度梯度與單晶生長47
3.5熱場的調整51
習題52
第4章晶體生長控制器54
4.1CGC-101A型晶體生長控制器功能簡介54
4.2CGC-101A型晶體生長控制器的開關狀態(tài)說明55
4.3CGC-101A型晶體生長控制器的鍵盤操作說明56
4.4CGC-101A型晶體生長控制器參數(shù)設置及定義61
4.5CGC-101A型晶體生長控制器使用說明64
習題65
第5章原輔材料的準備67
5.1硅原料67
5.2石英坩堝72
5.3摻雜劑與母合金74
5.4其他材料75
5.5原輔材料的腐蝕和清洗76
5.6腐蝕原理及安全防護77
5.7自動硅料清洗機簡介78
習題80
第6章直拉單晶硅生長技術81
6.1直拉單晶硅工藝流程81
6.2拆爐及裝料82
6.3抽空及熔料86
6.4引晶及放肩88
6.5轉肩及等徑91
6.6收尾及停爐93
6.7拉速、溫校曲線的設定95
6.8堝升速度的計算方法97
6.9異常情況及處理方法99
習題101
第7章鑄錠多晶硅工藝102
7.1光伏產(chǎn)業(yè)簡介102
7.2鑄錠多晶硅爐的結構103
7.3鑄錠多晶硅工藝流程105
7.4鑄錠多晶硅的優(yōu)缺點108
習題109
第8章?lián)诫s技術110
8.1雜質110
8.2導電型號111
8.3熔硅中的雜質效應111
8.4雜質的分凝效應113
8.5Keff與K0的關系117
8.6結晶后固相中的雜質分布規(guī)律118
8.7摻雜121
習題125
附錄1硅的物理化學性質(300K)126
附錄2硅中雜質濃度和電阻率關系127
附錄3元素周期表128
附錄4立方晶系各晶面(或晶向)間的夾角129
附錄5無塵室的分級標準130
參考文獻131