中国晶体硅生长炉设备调查

中国晶体硅生长炉设备调查

目前我国有超过30家企业在生产多晶硅铸锭炉和单晶炉。现推出中国晶体硅生长炉设备调查。

多晶硅铸锭炉发展迅速太阳能产业的迅猛发展需要更多的硅料及生产设备来支撑。世界光伏产业中，多晶硅片太阳能电池占据主导地位，带动了多晶硅铸锭生长设备市场的发展。目前，全球太阳能电池的主流产品为硅基产品，占太阳能电池总量的85％以上。多晶硅太阳能电池占太阳能电池总量的56%。多晶硅太阳能电池由于产能高，单位能源消耗低，其成本低于单晶硅片，适应降低太阳能发电成本的发展趋势。多晶铸锭生长技术已逐渐发展成为一种主流的技术，由此也带动了多晶硅铸锭炉市场的发展。多晶硅铸锭炉作为一种硅重熔的设备，重熔质量的好坏直接影响硅片转换效率和硅片加工的成品率。

目前，我国引进最多的是GT SOALR（GT Advanced Technologies Inc.，以下简称GT）

的结晶炉。在国际多晶硅铸锭炉市场上，市场份额占有率最高的为美国GT公司和德国ALD公司。GT公司市场主要面向亚洲，在亚洲的市场销售额占其收入的60%；ALD公司主要面向欧洲市场。其他多晶铸锭设备的主要国际生产商还有美国Crystallox Limited、挪威Scanwafer、普发拓普、和法国ECM。德国ALD公司生产的多晶硅铸锭炉投料量为400kg/炉；美国Crystallox Limited 公司为275kg/炉；挪威Scanwafer公司生产的多晶硅铸锭炉可同时生产4锭，投料量达到800～1000kg/炉，该设备属于专利产品，暂时不对外销售；法国ECM生产的多晶硅铸锭炉采用三温区设计，提高了硅料的再利用率高。

国内的保定英利、江西赛维LDK、浙江精功太阳能都是引进GT的结晶炉。从早期160公斤级到240公斤级，目前容量已增加到450公斤级甚至到800公斤级。2003年10月国内第一条铸锭线在保定英利建成，2006年4月LDK项目投产，百兆瓦级规模生产启动。随后，尚德、林洋、CSI等众多企业多晶硅电池开始量产。2002年, 30~50kg的小型浇铸炉研发；2004年, 100kg试验型热交换型铸锭炉研发；2007年, 240kg大生产型定向凝固炉研发成功并推向市场。

2007年，我国首台多晶硅铸锭炉由浙江精功科技股份有限公司研制成功并生产，多晶硅铸锭炉迅速呈现出国产化的趋势，目前，国内已有几家企业能够生产出拥有自主知识产权的多晶硅铸锭炉，如：北京京仪世纪电子股份有限公司、上海汉虹精密机械有限公司、浙江精功科技股份有限公司、北京京运通科技股份有限公司、中国电子科技集团公司第四十八研究所、精工机电研究所有限公司、上海普罗、宁夏日晶等。

与国外相比，我国多晶硅铸锭炉技术研发和生产起步较晚。我国2002年完成了30～5 0kg小型浇铸炉的研发，2004年完成了100kg实验型热交换型铸锭炉的研发，2007年和2008年分别完成了240kg大型定向凝固炉和450kg大容量铸锭炉的研发并成功推向市场，目前正在向8 00kg投料量的更大型号的铸锭炉发展。从整体技术水平看，我国多晶硅铸锭炉的制造技术水平和国外相比还要滞后1～2年，技术创新能力有待加强，特别是在热场工艺方面的研究尚显不足；但在加热器、隔热笼、真空系统、安全性、节能以及工艺控制软件设计等方面，国内也有新颖之处，已逐步接近国外技术水平。但我国铸锭炉仍然需要在仍然需要在两方面加大速度，一是降低能耗方面：加大硅锭质量，优化热场设计；二是提高质量方面：晶体质量、杂质分布，和单晶硅竞争。

单晶炉研发较早

单晶炉方面，1961年，在中国科学院半导体物理所林兰英院士的亲自指导下，北京机械学院工厂（西安理工大学工厂的前身）的技术人员与半导体物理所的技术人员共同研制出了我国第一台人工晶体生长设备—TDK-36型单晶炉，并且成功拉制出了我国第一根无位错的硅单晶，单晶质量接近当时的国际先进水平，TDK-36型单晶炉投料量只有1kg，拉制单晶直径Φ35mm。1 972年，研制出能够生长73 mm(1．5英寸)的单晶炉；1973年开发了TDR-40型单晶炉，投料量3kg，单晶直径Φ50mm。1978年，开发了TDR-50型单晶炉，投料量12kg，拉制单晶直径Φ75m m。随着集成电路的迅猛发展，对硅单晶的直径要求越来越大，单晶炉也不断向大型化发展，1 979年，研制出能够生长50 mm(2英寸)的单晶炉；1983年，研制出能够生长75 mm(3英寸)的单

晶炉；1991年，研制出能够生长100 mm(4英寸)的单晶炉；1996年，研制出能够生长1 500 mm (6英寸)的单晶炉；1998年，研制出能够生长200 mm(8英寸)的单晶炉，其发展进程如图l所示；到目前为止，我国的晶体生长设备-单晶炉已经能够满足稳定生产200 mm集成电路级的硅单晶，能够满足规模生产212 mm(8．5英寸)的太阳能光伏电池级硅单晶的能力；目前，一些设备生产单位正在研制300 mm(12英寸)的硅单晶炉。

目前在国内市场上运行的单晶炉有十几种型号，而国产设备也有8种之多，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。在国内生产单晶炉的企业有几十家，其中具有代表性的单晶炉生产企业有西安理工晶科、京运通、华龙光电、京仪世纪、上海汉虹、宁夏日晶等。以上所述企业，基本上都是以提拉法拉制单晶。

典型企业分析

江苏华盛天龙光电设备股份有限公司（原常州华盛天龙机械有限公司、江苏华盛天龙机械股份有限公司）今年1月5日推出DRZF-450型多晶硅浇铸炉，生产出第一炉多晶硅锭净重420KG，使其晋升为国内太阳能电池硅材料生产、加工设备领域中产品种类最齐全的企业之一。另外该公司生产的DRF-85A型单晶硅晶体生长炉可以使用18英寸或20英寸的热系统，投料60公斤-90公斤，拉制6英寸～8.5英寸硅单晶。其创新之处为：1.从节能降耗、经济合理方面考虑，将真空炉室尺寸设计为φ850mm×1250mm(直径×高度)，主炉室分上下两部分，大大节约能耗；创造性地设计了导流筒提升机构，增大了投料量，提高了生产效率；从稳定可靠方面考虑，优化设计了晶体提拉旋转机构，同时对上传动机构进行动平衡设计，保证高速下的稳定性；控制系统采用独有的创新算法和控制原理，合理设计信号采集与处理方法，使控制精度更高更可靠。华龙光电2010年经营收入4.52亿，同比增长52.63%，归属母公司利润8538万，同比增长24.83%。其中单晶炉同比销售增长1.91亿元，增长比例81.5%。另外，该公司与日本株式会社住友金属Fine tech等公司开展合作研发，对公司现有单晶炉产品进行技术改造和升级。基于技术和生产方面