近期，通威内蒙高纯晶硅一期配套硅芯技改项目的环境评价报告书出来了，笔者之前已经通过搜集文献以及对比通威新旧硅芯项目环评中的工艺来分析通威新的“全熔直拉法圆硅芯”的创新之处，本次通威硅芯技改环评报告书，通威较为清晰的介绍了新技术的优势、设备的增减以及工艺环节的不同；同时，“全熔直拉圆硅芯”的实现得益于永祥硅材料发明的“一种新型直拉硅芯炉”（专利公开号：CN219689933U）
技改概况
“通威一期项目硅芯生产工序同一期项目建设于2018年，硅芯生产能力为25万根/年，随着通威公司的发展，全厂多晶硅产能达到14万吨，硅芯生产能力无法满足多晶硅生产需求，通威公司需外购硅芯成品，因此本项目对硅芯拉制车间与后处理包装车间硅芯生产区进行改扩建，拆除现有硅芯拉制车间内的44套区熔圆硅芯炉，新建47套直拉圆硅芯炉。后处理包装车间硅芯生产区新增硅芯酸洗工序。本项目实施后硅芯产能由现有的25万根/年增产至96万根/年。”
项目设备增减
拆除原有的44套区熔圆硅芯炉，新建47套直拉圆硅芯炉及相关配套设施。新增2条酸洗线等。
全熔直拉法圆硅芯工艺
通过对比新旧工艺，由于区熔法制备的硅芯纯度高，因此工序中没有切割圆硅芯使其成为方硅芯并酸洗除去表面杂质的步骤，而“直拉法”由于原料需要与坩锅接触，因此需要酸洗环节来去除表面杂质，因为区熔法成本高且效率低，行业目前主要采用直拉法制备硅芯圆棒并切割成为方硅芯；
此次硅芯技改项目为“内蒙古通威高纯晶硅有限公司生产系统增效技改项目”的延伸，在“增效技改项目”中，通威不仅将原本的高纯晶硅产能从8.5万吨升级至14万吨，也计划将原本的“硅芯区熔法制备圆硅芯”转变为“直拉法制备硅芯圆棒并加工成为方硅芯”。同样，永祥硅材料2万吨高纯晶硅拉棒切芯一期（一期为1.2万吨硅芯生产能力）项目也是使用直拉法制备硅芯圆棒并加工成为方硅芯。
然而，此次的硅芯拉制技改项目，是对原本“内蒙增效技改”的升级，即“内蒙古通威高纯晶硅有限公司生产系统增效技改项目，拟在一期项目区域后处理工序增加方硅芯切割、成品方硅芯酸洗，因方硅芯生产对原料要求高、产能低的局限性，内蒙古通威高纯晶硅有限公司不再建设方硅芯切割、成品方硅芯酸洗”。与原本的直拉切割方硅芯相比，此次技术升级最大的变化在于直拉出的圆硅芯无需再增加硅芯切割工艺，可直接对直拉法拉制出的圆硅芯酸洗并达到高品质标准，减少了设备投入并节约生产时间。
通威此次“全熔直拉圆硅芯”技术并不是首次在此次硅芯拉制技改中应用，其已在永祥硅材料2万吨高纯晶硅拉棒切芯二期（一期为0.8万吨硅芯生产能力）项目中成功应用。
创新关键：新型直拉硅芯炉
硅芯制备主要分为区熔法和直拉法，区熔法可一次性直接拉制多个直径约7～10mm、长度在1900～3000mm之间的圆硅芯，但缺点则是提拉速度慢、生产效率低、电力消耗大、设备投资大；直拉法则可以拉制成一根直径在200mm左右的硅芯圆棒，但由于直径过大，因此还需要再经过切割和退火工序以制成多个较小直径的方硅芯（下图左为拉制的200mm硅芯圆棒，右图为切成的细小方硅芯，图片为网络中寻找而得），效率较低。
2023年9月15日，通威永祥硅材料发布了“一种新型直拉硅芯炉”专利(专利摘要：“本实用新型提供了一种新型直拉硅芯炉，涉及硅芯制备技术领域，其包括炉体、石英坩埚和提拉结构；石英坩埚用于盛放熔融的原料，提拉结构可活动地设置在石英坩埚的上方，提拉结构用于固定和提拉多个籽晶。传统直拉硅芯炉一次只能拉制一根圆硅芯（即硅芯圆棒）；与传统直拉硅芯炉相比，新型直拉硅芯炉做出了改进；新型直拉硅芯炉的提拉结构能够同时固定和提拉多个籽晶，使得新型直拉硅芯炉能够一次拉制多个圆硅芯，而无须再像现有技术一样还要经过切割和退火工序加工成方硅芯，这既提高了生产效率，又减少了工序和设备投入。”)，图1为传统的直拉硅芯炉，图2为新型直拉硅芯炉。
不难看出，此次全熔直拉圆硅芯的关键所在在此新型直拉硅芯炉的发明，其通过改造炉子结构，可以通过直拉法一次性拉制36个或46个直径为19mm、长度在3000mm的硅芯，晶体拉速可达6mm/min 以上，拉制一根3200mm 硅芯只需要11小时即可完成，使得在保证硅芯品质的情况下，减少了硅芯加工的工艺及设备投入，提高了生产效率。原本的44套圆硅芯区熔炉每年仅能生产25万根圆硅芯，而此次新型的硅芯炉仅需47套即可每年生产96万根硅芯，产能提升接近3倍。
未来的路
此次“全熔直拉圆硅芯”技术的应用，通威在保证了硅芯高品质的前提下，成本进一步降低，进一步强化其光伏行业的领头地位。同时，在永祥硅材料 2 万吨高纯晶硅拉棒切芯二期项目中，新增了4GW单晶硅棒的产能，通过浏览环评报告书，可以发现单晶硅棒的制造工艺与硅芯类似，在二期项目中，硅芯与单晶硅棒共享了清洗车间。拉制完的单晶硅棒仅需再经过切片步骤就可以得到硅片，完善了通威在硅片领域的竞争能力。
此前，通威年产1000吨电子级高纯晶硅产线出产产品已通过半导体硅片生产使用验证、实现签单出货，随着通威在单晶拉棒领域能力的不断增强以及研发的投入，未来也许可以期待通威在半导体硅片领域的进一步发展（通威微电子6英寸导电型碳化硅已通过国内下游外延片客户验证，并正在验证8英寸导电型衬底，正在建设6英寸导电型衬底产能）。
#通威股份# #硅芯