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设备生长太阳能国产太阳能硅单晶生长设备喜忧参半

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常州华盛天龙机械有限公司总工程师 李留臣 常务副总经理 冯燕

由于世界各国对可再生清洁能源利用的逐步重视,太阳能光伏产业得到了飞速发展;与此同时,我国太阳能光伏发电产业也得到了高速的发展,相关支撑业的市场迅速扩大,在整个产业链中,作为太阳能电池材料制备的关键设备——硅单晶生长设备发挥了至关重要的作用,对行业发展做出了非常显著的贡献。

国产设备销量直线上升

近三年,国产太阳能硅单晶生长设备的销售量直线上升,从2004年的8000万元到2006年3.5亿元。目前,我国市场上有各类硅单晶生长设备1500余台,分布在70余家生产企业。主要产品规格有DRXF-85型、TDR-80型、JRDL-800型、CZ-600型、CG6000型、FT-CZ1860型等;90%以上的设备用于太阳能硅单晶的生产,其中有1400余台能够使用16英寸热系统投料45千克生长6英寸太阳能硅单晶,1000余台能够使用18英寸热系统投料60千克生长8英寸硅单晶的能力,只有200多台可以使用20英寸热系统投料80千克—90千克比较经济地生长8英寸的太阳能硅单晶。

国产设备大部分是以半自动为主,只能实现等径生长、收尾等过程的自动控制,仍没有实现真空获得、加热熔化、引晶放肩、等径生长、收尾等全过程自动控制。不过,经过多年的研究与经验积累,国产设备的等径生长控制技术比较成熟,基本能控制在±1mm左右;随着太阳能硅单晶生长设备市场需求的不断扩大,有多家单位也涉足了太阳能硅单晶生长设备制造的行列,生产规模在逐渐形成,目前,国内已有十余个硅单晶生长设备生产厂家,但主要的有六七家,2006年,生产销售6英寸到8英寸太阳能硅单晶生长设备已超过500台。

国内太阳能硅单晶生长设备生产单位具有较强的市场意识,机制灵活,反应快,有成熟的硅单晶生长工艺技术等优势。这就使得硅单晶生长设备的推广应用更加容易。凭借我国太阳能硅单晶生长设备研制生产单位的开发制造技术水平的提高以及和成熟的太阳能生长技术,常州华盛天龙机械有限公司、北京京仪世纪科技有限公司等单位研制的硅单晶生长设备已实现批量出口,并得到了外商的好评。

设备技术水平亟待实质性提高

尽管近几年来我国太阳能硅单晶生长设备每年都有几百台的市场销售,市场形势非常喜人,但是,新产品的推出、新技术的应用、关键技术的突破等方面没有明显的改善,只是在生产量上有较大的增大,技术水平与前几年相比没有实质的提高。

目前,市场上运行的国产太阳能硅单晶生长设备有十几种型号,由于近年来硅单晶材料市场形势发展良好,硅单晶生长设备需求量激增,使得现有硅单晶生长设备生产厂家销售量急速增大,同时也激发了更多公司投资硅单晶生长设备的生产制造,使得该行业竞争激烈的同时也暴露出了很多问题。

首先,缺乏自主创新能力,自主知识产权少;缺乏专业技术人才,技术力量不足;大部分设备生产厂家研究创新能力差,原创技术少,测绘模仿多,在原有技术基础上徘徊,技术进步缓慢,设备不能上档次,在一定程度上减缓了行业的快速发展。目前,很多人有一个错误的观念,认为太阳能硅单晶生长设备比集成电路硅单晶生长设备要求低,不需要过高的稳定性、可靠性、自动化水平以及精密程度的要求等,实际上,太阳能硅单晶材料同样要求较好的均匀性、无位错和氧以及碳量的控制。

其次,没有执行统一规范的行业标准。各家生产的设备规格不统一,给用户使用带来不便。主要表现在真空室尺寸、电极中心距、籽晶夹头结构与尺寸、坩埚杆连接形式、控制操作形式等规格不统一,给用户的使用、配套消耗品的选择、工艺系统的配备等方面造成一定的麻烦,甚至影响到标准工艺的推广应用和最终产品的质量,缺乏行业沟通与协调。目前各设备生产厂家,为了抢占市场,相互之间不能在技术上相互沟通,一味地在价格方面进行竞争,同样也影响了行业的技术进步与发展。

第三,设备的设计制造与硅单晶生长工艺脱节。大多数设备制造商只注重设备的生产制造,而忽视了与设备使用单位的交流与沟通,不能提供最适应生产需要的产品。对于设备使用单位来讲,设备的稳定性、可靠性是第一位的,但设备的操作界面友好、使用便捷、生产率高和节能环保也同样重要,特别是在目前原材料紧缺、价格昂贵、市场竞争激烈的情况下,更应该考虑提高生产效率和节能降耗。

第四,质量意识低。太阳能光伏产业的飞速发展,使硅单晶生长设备市场异常火爆,大部分设备生产单位仅着眼于短期利益,只重视产出,完成生产任务,抢占市场,从而忽略了产品的质量,不曾想这样会严重地影响用户的正常使用,同时也增大了自身售后服务的成本,给用户造成损失的同时也给自己增添了很多麻烦,造成不可估量的损失。

第五,重视售前服务,忽视售后服务。设备生产单位要提高服务意识,不但要重视售前的服务,更应该重视售后技术服务,这样才能够得到用户的满意,增强市场竞争力,同时也能了解到设备优点与缺点,了解材料生长工艺的要求,有利于对设备进行持续改进与提高。

第六,适应市场能力差。有些单位具有较强的小批量生产制造能力,但不能适应批量生产和大批量生产的要求。对于大直径太阳能硅单晶生长设备这样的电子专用设备,20台到50台的年生产量已经属于批量生产,而大于100台/年的生产量就属于大批量生产。要适应批量生产和大批量生产,不是加班加点地去进行生产组织,而是要在生产计划组织、相关设备配套、全面质量控制、专用工艺工装等方面进行全方位的提升,以适应批量生产的需求。

第七,快速发展硅单晶生长设备的同时,不能不考虑与之相配套的关键消耗品的供应问题。随着硅单晶生长设备的大型化、市场的扩大化,与设备相适应的石墨加热材料、保温材料、大尺寸高质量石英坩埚等已形成行业发展的瓶颈。大尺寸薄膜材料的研究生产成为一个非常大的课题,短期内难以实现,但可以在替代材料上做一些研究工作。目前,国内已有专家教授研究成功了炭-炭复合材料,用来制作加热器、保温筒、保温盖、导流筒等热系统关键部件,并取得了良好效果,但真正实现大批量使用,还要与设备使用单位进行密切配合,进行深入地研究与综合试验,更好地适应太阳能硅单晶生长工艺的要求。

提升设备性能和稳定性

今后几年,硅单晶生长设备仍有较大的市场,预计2007年,6英寸-8英寸太阳能硅单晶生长设备的销售量将超过800台;2008年有700台左右的销量。鉴于集成电路产业的不断发展,8英寸和12英寸集成电路硅单晶需求量也在不断增加,对大直径硅单晶生长设备有一定的需求,并且对设备的稳定性、可靠性、自动化程度、更多新功能的增加等方面都有更高的要求,因此,对于硅单晶生长设备生产厂家来说任重道远,仍有大量的工作要做。

首先,按照集成电路硅单晶生长设备的要求生产制造太阳能硅单晶生长设备。要不断地提升设备性能,在保证设备稳定性、可靠性的前提下,提高设备的自动化程度,实现全过程自动控制。

其次,认真考虑增大单炉熔料量,设计科学合理、操作灵便、稳定可靠的二次加料机构,增强设备性能,进一步提高生产效率,降低能源消耗,更好地满足市场需求。目前,有些设备生产厂家一味地增加设备工作的尺寸,以适应更大的工艺系统(22英寸、24英寸热系统),却忽视了由此增加的成本费用,22英寸、24英寸热场和石英坩埚都比现在通用的18英寸、20英寸热系统高得多,这样,认真计算下来,并不是很经济的。

第三,重视人才培养,增强创新能力,加大生长工艺与设备方面的试验与研究,在高效率、大投料量、节能降耗方面深入研究,设计满足节能降耗、高效先进的硅单晶生长设备。

第四,加强交流与沟通,实行强强联合,统一标准与技术规范,在标准化、系列化、通用化方面不断改进。

第五,研究开发具有自主知识产权的太阳能多晶硅浇铸系统,满足飞速发展的太阳能光伏产业的需求。

总之,我国硅单晶生长设备生产厂家为我国的集成电路产业、太阳能光伏产业乃至世界的太阳能光伏产业做出了巨大的贡献,促进了世界太阳能光伏产业的进步与发展,为进一步利用可再生清洁能源——太阳能提供了有力的保障。硅单晶生长设备单晶炉生产厂商要有强烈的社会责任感,以发展集成电路和太阳能光伏产业为己任,努力开拓进取,不断开发出市场需要的优质专用设备,为祖国争光,为社会尽力,充分体现自我价值,使太阳能光伏产业像初升的太阳一样蓬勃发展,永远充满活力,让灿烂的阳光带给我们更多的希望和更加充足的能量。

(来源:中国电子报)


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