中国粉体网讯 在“双碳”背景下，发展太阳能，对于解决能源短缺、提高环境质量有重要意义。
目前普遍采用光伏发电技术对太阳能进行转换利用，而晶硅电池在太阳能电池市场中占据主导地位，其中单晶硅电池技术最成熟，性能最稳定，与多晶硅电池相比，它有着更低的缺陷密度和更高的转换效率，因此受到了人们的广泛关注。
单晶硅生产工艺
目前两种常见的单晶硅生产技术为直拉法和区熔法。
区熔法
区熔法又称Fz法，即悬浮区熔法，区熔法生产单晶硅不使用坩埚，而是将硅棒局部利用线圈进行熔化，在熔区处设置磁托，因而熔区可以始终处在悬浮状态，将熔硅利用旋转籽晶进行拉制，在熔区下方制备单晶硅。该种方法优势在于，熔区为悬浮态，因而在生长过程中单晶硅不会同任何物质接触，并且蒸发效应以及杂质分凝效应较为显著，因此具有较高的纯度，其单晶硅制品性能相对较好。但由于工艺复杂，对设备以及技术要求较为严格，因此生产成本相对较高。
直拉法
由波兰科学家 Czochralski在1916年发明的直拉法制备单晶硅包含装料、抽空、检漏、化料、引晶、缩颈、放肩、转肩、等径生长、收尾等步骤。绝大多数的单晶生产均采用直拉工艺，直拉硅单晶是目前晶硅市场上占比最高的，达到90%以上，主要用于光伏电池片、半导体等行业。
直拉单晶硅生长流程图
抽空及检漏：首次在单晶炉内不断通入氩气，将单晶炉内部杂质清除。随后对单晶炉内进行抽真空处理，并对单晶炉内空气泄漏量进行检测，达到检测炉膛密封性能的目的。
化料：将装在石英坩埚内的多晶硅料通过石墨加热器进行加热，使多晶硅料熔化，并维持在熔点温度。
引晶：采用无位错单晶硅制备的籽晶，在加热多晶硅原料至1420℃熔化后并抽真空，冲入氩气并保持在一定压力范围内，调整合适的籽晶和石英坩埚转速，降低籽晶至硅熔体液面上方20mm左右并预热2min，再将籽晶与硅熔体接触使内部光圈包围住籽晶，之后逐步降低温度，由于受到籽晶与熔硅的温差影响造成的热应力与表面张力导致产生位错，因此引晶过程先慢后快一般保持6-8mm/min的缩径速度以获得圆滑、细长的等径细径，同时消除位错建立无位错的生长状态。
放肩：在引晶技术后降低提拉速度开始放肩，通常放肩角控制在140°-160°之间称为放平肩，放肩开始时会发现籽晶周围的光圈先在前方出现开口并往两边退缩，随着直径的增大光圈退缩至直径两侧开始向后方靠去。
转肩：晶体放肩至进入等径生长需要进行转肩，目前的转肩方法是提高拉速抑制晶体直径增大的快速转肩工艺。理想情况下，晶体会以此时相同的直径开始生长，同时提拉速度再次降低，与前期的生长速度相匹配。转肩时若高拉速保持时间过长，会导致晶体直径再次减小。
等径生长：控制好晶体的直径并保持无位错生长是等径生长阶段主要解决的问题，晶体内总是存在热应力，在生长过程中不可能保持绝对的平面，而只要等温面不是平面，就存在径向温度梯度形成热应力，晶体中轴向温度分布往往具有指数函数的形式，因而也必然产生热应力，当这些热应力超过了硅的临界应力时晶体中将产生位错。
收尾：晶体生长达到预设长度时，开始逐步缩小晶体直径，直至为一点脱离液面，这个过程被称为收尾。收尾的目的是防止晶体脱离液面时，由热应力巨变引起的位错反延到晶棒中。位错的反延现象可以解释为晶体生长时，采用高拉速提拉晶体，使其快速与熔体分离，引起热应力巨变，位错产生，而位错会在晶棒中反向延伸一个晶棒直径(指断面处的直径)。在进行收尾操作后，可减小断面处直径，延伸距离变短，晶棒有效长度增长。
单晶硅主要生产企业
隆基绿能
隆基绿能科技股份有限公司成立于2000年，成立之初以半导体材料为主要业务，2006年确立开始转型光伏硅片，并且在以多晶产品为主的光伏市场中全力推进单晶路线，成为全球主要的太阳能单晶硅片供应商之一。随着单晶硅片逐渐替代多晶硅片成为市场主流，公司也成长为硅片领域龙头。
中环股份
TCL中环主营业务围绕硅材料展开，专注单晶硅的研发和生产，以单晶硅为起点和基础，定位战略新兴产业，朝着纵深化、延展化方向发展。主要产品包括半导体材料、光伏硅片、光伏电池及组件；高效光伏电站项目开发及运营。产品的应用领域，包括集成电路、消费类电子、电网传输、风能发电、轨道交通、新能源汽车、5G、人工智能、光伏发电、工业控制等产业。在光伏领域，公司是全球光伏单晶硅片“双寡头”之一。
晶科能源
晶科能源是一家全球知名、极具创新力的太阳能科技企业，公司战略性布局光伏产业链核心环节，聚焦光伏产品一体化研发制造和清洁能源整体解决方案提供，销量领跑全球主流光伏市场。公司生产环节中间品包括硅棒/硅锭、硅片、电池片，并以此为基础向全球客户提供高效率、高质量的太阳能光伏组件产品，持续输送清洁能源，践行“碳中和、碳达峰”战略，助力并推动全球能源绿色转型。
晶澳太阳能
晶澳太阳能科技股份有限公司立足于太阳能光伏产业链的垂直一体化模式，长期致力于为全球客户提供光伏发电系统解决方案，主营业务为太阳能光伏硅片、电池及组件的研发、生产和销售，太阳能光伏电站的开发、建设、运营，以及光伏材料与设备的研发、生产和销售等。
天合光能
天合光能是一家全球领先的光伏智慧能源整体解决方案提供商，主要业务包括光伏产品、光伏系统、智慧能源三大板块。光伏产品包括光伏组件的研发、生产和销售；光伏系统包括电站业务及系统产品业务；智慧能源主要由光伏发电及运维、储能智能解决方案、智能微网及多能系统的开发和销售等业务构成。
京运通科技
北京京运通科技股份有限公司是一家以高端装备制造、新材料、新能源发电和节能环保四大产业综合发展的集团化企业，主导产品包括单晶硅生长炉、多晶硅铸锭炉、区熔炉等光伏及半导体设备，多晶硅锭及硅片、直拉单晶硅棒及硅片、区熔单晶硅棒及硅片等光伏产品，光伏发电和风力发电等新能源发电项目及蜂窝式中低温SCR烟气脱硝催化剂。
双良节能
双良节能系统股份有限公司以绿色环保为己任，不断开拓创新，致力于成为数字化驱动的全生命周期碳中和解决方案服务商，在“节能节水、新能源”等领域形成核心竞争力；以数字化智造、服务型智造助推清洁能源革命，已形成多晶硅核心装备、单晶硅片、电池组件、“分布式光伏工程总包”的光伏产业链，并深耕地热、氢能、绿电、储能等清洁能源技术研发及装备生产，以数字化驱动的碳中和综合服务助力“双碳”目标实现。
弘元绿能
弘元绿色能源股份有限公司成立于2002年，是一家拥有光伏全产业链的国家级专精特新企业。作为双碳目标和能源革命的践行者，弘元绿能以“让能源更清洁、让世界更美好”为使命，坚持科技创新、绿色引领，构建硅料、单晶硅片、太阳能电池、光伏组件、新能源电站的光伏全产业链体系，致力于推动双碳目标的早日实现和绿色能源的全面普及。
高景太阳能
高景太阳能股份有限公司聚焦光伏绿色能源，成立于2019年7月3日，主要开展单晶大尺寸硅棒和硅片的研发、制造及销售一体化业务。公司总部位于珠海横琴粤澳深度合作区，下设广东珠海50GW单晶硅片、青海西宁50GW单晶硅棒、四川宜宾50GW单晶硅棒及30GW单晶硅片三大生产基地，销售中心位于江苏苏州。
参考来源：
王正省等.直拉法单晶硅生长原理、工艺及展望
石星宇等.连续拉晶下石英坩埚内气泡变化规律及晶棒的性能研究
李欣鸽.CZ硅单晶等径生长阶段关键参数优化研究
各企业官网、年报等
（中国粉体网编辑整理/初末）
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