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【摘 要】高纯多晶硅生产的数量与品质直接影响下游需求。本文通過分析多晶硅生产过程中引入的污染物，以及分析去除各污染物的工艺需求，并按工艺需求设计了全自动高纯多晶硅清洗系统，最后介绍了实现高纯多晶硅清洗工艺的关键设备。
【关键词】高纯多晶硅;多晶硅清洗;全自动清洗设备
Key words：High purity polysilicon，Polysilicon cleaning，Automatic cleaning equipment;
高纯多晶硅是太阳能光伏产业的一种重要原料，随着光伏产业蓬勃发展，高纯多晶硅的需求量逐年增长。由于市场对高纯多晶硅的产量需求增加，以及产品性能要求的提升，一般的人工清洗很难满足生产计划，并且人工清洗不仅产量低，人员劳动强度大，而且对操作人员的伤害很大[1]。为了满足光伏行业发展，满足市场对高纯多晶硅产量及性能的需求，一款具备清洗功能的全自动设备是高纯多晶硅生产过程中所必不可少的工具。本文介绍一套适用于高纯多晶硅生产的全自动清洗系统。
1.高纯多晶硅清洗
1.1高纯多晶硅清洗目的
表金属杂质含量是高纯多晶硅一项重要指标，杂质金属主要有铁、铜、镍、铬、锌、钠、钾、铝，一般引用酸浸取-电感耦合等离子质谱仪测定多晶硅表面金属杂质含量[2]。高纯多晶硅清洗的目的是使硅料表面清洁无杂质，达到控制产品表金属含量的效果，影响产品最终的性能、效率及稳定性。
1.2高纯多晶硅污染分析
由于环境、工艺条件、设备及人为因素的影响，在多晶硅生长，出炉、运输、加工、包装等过程中，不可避免的会引入不同种类的杂质，主要分为以下三类[3]：
（1）颗粒：无定形硅、灰尘等，造成表金属杂志含量超标。
（2）有机污染物：如油脂、汗渍及系统的润滑油[4];
（3）金属污染物：如铁、铜、镍等，这些金属污染物是由于设备因素或人为操作因素造成。
1.3高纯多晶硅清洗工艺·
在硅料破碎、运输处理过程中形成的污染物，如表面的有机污染物或者氧化膜使用常规清洗时无法去除的，一般先去除表面有机物，再处理氧化膜，最后采用清洗、钝化方式去除颗粒污染物、金属污染物。主要采用湿法化学方式，主要有采用硅料碱洗与硅料酸洗配合完成，酸洗为主，碱性配合，表金属处理工艺中酸洗时最常用的技术。
通过对高纯多晶硅制备过程中所引入的污染物去除方法分析，可以得出如下清洗工艺：
2.高纯多晶硅清洗系统设计
2.1排风单元
清洗设备在工艺处理过程中会产生废气HF、NO、NO2、SiF4，这些废气通过设备排风系统排出，并且设备其他区域与清洗处理区需要设计物理隔离，避免废气影响设备其他功能。清洗设备在工艺处理过程中会产生大量水气，需要及时通过排风系统排出，以免影响产品质量。设备的排风由引风窗和排风口组成，引风窗位于槽体两侧，风量可调节，可以调节设备内部与厂务之间的风压压差，风道内安装风压检测，可以监控风量大小。如下图所示。
2.2自动传输单元
为减少人工干预，清洗设备必须设计一套自动传输系统，包括自动上下料的传输、隔离区之间水中传输、料篮在工位间的机械手传输。机械臂系统由传动导轨、齿轮齿条、滚轴丝杠、平移及提升伺服驱动系统、机械臂系统及检测系统、拖链等组成。挂钩采用不锈钢骨架，外包PVDF密封板。
2.3清洗单元
工艺清洗系统主要由混酸清洗槽、纯水漂洗槽、漂洗潜送槽、超声春水漂洗槽、热水清洗槽、氮气切水槽、烘干槽、冷却槽等组成。设备机构布局如下图所示。
混酸清洗槽：槽体结构为循环制冷槽，可以实现冷却、鼓泡、循环功能。槽上口两侧设置强排风，对反应形成的酸雾及时抽走，确保腐蚀过程产生的酸废气不会扩散至其它工段。
纯水漂洗槽：槽体结构为NPP溢流槽，可以实现喷淋、漂洗、快排功能处理溶液为DIW。
纯水潜送槽：NPP材料加工而成，潜送至下工序中间位，水下横移（链条输送）。
超声漂洗槽：NPP材料加工而成，可以实现超声、溢流、循环功能，超声组件频率不低于30kHz。
3.结语
本文通过分析高纯多晶硅清洗的目的、污染物的种类以及污染物的去除工艺，设计了一套能够满足生产效率与品质的全自动高纯多晶硅清洗设备，介绍了设备各重要组成部分的结构设计与实现。全自动高纯多晶硅清洗设备结构设计合理，运行稳定，极大的减少了人工干预，提高生产效率，确保产品的质量，随着设备应用的不断升级，应用前景更加广阔。
参考文献：
[1]李阳.硅料清洗设备控制系统设计与实施[D].华东理工大学，2013.
[2]于跃，高召帅，吴锋.影响电子级多晶硅清洗质量的相关因素[J].中国设备工程，2019（15）：181-183.
[3]蔡爱梅.多晶硅清洗工艺的优化[D].天津：天津大学，2017.
[4]安生虎，陈叮琳.浅谈电子级多晶硅的清洗工艺[J].智能城市，2019，V.5（23）：126-127.
【关键词】高纯多晶硅;多晶硅清洗;全自动清洗设备
Key words：High purity polysilicon，Polysilicon cleaning，Automatic cleaning equipment;
高纯多晶硅是太阳能光伏产业的一种重要原料，随着光伏产业蓬勃发展，高纯多晶硅的需求量逐年增长。由于市场对高纯多晶硅的产量需求增加，以及产品性能要求的提升，一般的人工清洗很难满足生产计划，并且人工清洗不仅产量低，人员劳动强度大，而且对操作人员的伤害很大[1]。为了满足光伏行业发展，满足市场对高纯多晶硅产量及性能的需求，一款具备清洗功能的全自动设备是高纯多晶硅生产过程中所必不可少的工具。本文介绍一套适用于高纯多晶硅生产的全自动清洗系统。
1.高纯多晶硅清洗
1.1高纯多晶硅清洗目的
表金属杂质含量是高纯多晶硅一项重要指标，杂质金属主要有铁、铜、镍、铬、锌、钠、钾、铝，一般引用酸浸取-电感耦合等离子质谱仪测定多晶硅表面金属杂质含量[2]。高纯多晶硅清洗的目的是使硅料表面清洁无杂质，达到控制产品表金属含量的效果，影响产品最终的性能、效率及稳定性。
1.2高纯多晶硅污染分析
由于环境、工艺条件、设备及人为因素的影响，在多晶硅生长，出炉、运输、加工、包装等过程中，不可避免的会引入不同种类的杂质，主要分为以下三类[3]：
（1）颗粒：无定形硅、灰尘等，造成表金属杂志含量超标。
（2）有机污染物：如油脂、汗渍及系统的润滑油[4];
（3）金属污染物：如铁、铜、镍等，这些金属污染物是由于设备因素或人为操作因素造成。
1.3高纯多晶硅清洗工艺·
在硅料破碎、运输处理过程中形成的污染物，如表面的有机污染物或者氧化膜使用常规清洗时无法去除的，一般先去除表面有机物，再处理氧化膜，最后采用清洗、钝化方式去除颗粒污染物、金属污染物。主要采用湿法化学方式，主要有采用硅料碱洗与硅料酸洗配合完成，酸洗为主，碱性配合，表金属处理工艺中酸洗时最常用的技术。
通过对高纯多晶硅制备过程中所引入的污染物去除方法分析，可以得出如下清洗工艺：
2.高纯多晶硅清洗系统设计
2.1排风单元
清洗设备在工艺处理过程中会产生废气HF、NO、NO2、SiF4，这些废气通过设备排风系统排出，并且设备其他区域与清洗处理区需要设计物理隔离，避免废气影响设备其他功能。清洗设备在工艺处理过程中会产生大量水气，需要及时通过排风系统排出，以免影响产品质量。设备的排风由引风窗和排风口组成，引风窗位于槽体两侧，风量可调节，可以调节设备内部与厂务之间的风压压差，风道内安装风压检测，可以监控风量大小。如下图所示。
2.2自动传输单元
为减少人工干预，清洗设备必须设计一套自动传输系统，包括自动上下料的传输、隔离区之间水中传输、料篮在工位间的机械手传输。机械臂系统由传动导轨、齿轮齿条、滚轴丝杠、平移及提升伺服驱动系统、机械臂系统及检测系统、拖链等组成。挂钩采用不锈钢骨架，外包PVDF密封板。
2.3清洗单元
工艺清洗系统主要由混酸清洗槽、纯水漂洗槽、漂洗潜送槽、超声春水漂洗槽、热水清洗槽、氮气切水槽、烘干槽、冷却槽等组成。设备机构布局如下图所示。
混酸清洗槽：槽体结构为循环制冷槽，可以实现冷却、鼓泡、循环功能。槽上口两侧设置强排风，对反应形成的酸雾及时抽走，确保腐蚀过程产生的酸废气不会扩散至其它工段。
纯水漂洗槽：槽体结构为NPP溢流槽，可以实现喷淋、漂洗、快排功能处理溶液为DIW。
纯水潜送槽：NPP材料加工而成，潜送至下工序中间位，水下横移（链条输送）。
超声漂洗槽：NPP材料加工而成，可以实现超声、溢流、循环功能，超声组件频率不低于30kHz。
3.结语
本文通过分析高纯多晶硅清洗的目的、污染物的种类以及污染物的去除工艺，设计了一套能够满足生产效率与品质的全自动高纯多晶硅清洗设备，介绍了设备各重要组成部分的结构设计与实现。全自动高纯多晶硅清洗设备结构设计合理，运行稳定，极大的减少了人工干预，提高生产效率，确保产品的质量，随着设备应用的不断升级，应用前景更加广阔。
参考文献：
[1]李阳.硅料清洗设备控制系统设计与实施[D].华东理工大学，2013.
[2]于跃，高召帅，吴锋.影响电子级多晶硅清洗质量的相关因素[J].中国设备工程，2019（15）：181-183.
[3]蔡爱梅.多晶硅清洗工艺的优化[D].天津：天津大学，2017.
[4]安生虎，陈叮琳.浅谈电子级多晶硅的清洗工艺[J].智能城市，2019，V.5（23）：126-127.