硅是重要的半導體材料，在光伏技術飛速發(fā)展的今天，利用硅材料所生產的太陽能電池可以直接把太陽能轉化為電能。截至2016年底，我國光伏發(fā)電新增裝機容量3454萬千瓦，累計裝機容量7742萬千瓦，新增和累計裝機容量均為全球第一。光伏組件的自動化生產，對我國改善能源發(fā)展環(huán)境，推進能源生產和利用有諸多戰(zhàn)略意義。

圖1 硅料及產品應用示意圖

硅料清洗的必要性及現(xiàn)狀

在生產太陽能單晶、多晶硅片的過程中，通過切割、加工等工序，將圓柱硅料切方，會產生頭尾邊皮和各類殘余料。其表面在加工過程中殘留了切割液、金屬離子、指紋等各類雜質。

圖2 硅料表面的常見附著物

企業(yè)為追求精益化生產，往往會選擇回收廢料，二次制作成純凈的硅棒。這些廢料需要進行收集、清洗、回爐、熔煉等工序，對硅料潔凈度要求極高（雜質率≤0.05%），一旦殘余料中溶入了雜質，回爐燒結過程中會污染整爐硅棒，并無法可靠檢測，后續(xù)工藝制成的電池組對太陽能電站的發(fā)電效率影響極大（約降低發(fā)電效率的8%~12%）。

圖3 待清潔的邊角料及殘余料

所以，在太陽能電池板的制取過程中，硅料的清洗是核心工藝，直接影響光伏發(fā)電的性能。在實際生產過程中，為了保持硅料的潔凈水平，工人必須穿戴潔凈服、手套、面罩等衣物，防止污染產品，操作極其繁瑣。清洗硅料用到的硝酸、氫氟酸、氫氧化鈉等強酸強堿化學品，在反應過程中會產生氮氧化物氣體，不但損害工人身體健康，清洗潔凈度由于人為操作的因素也無法保證，效率更是無從談起。對于生產企業(yè)來講，所產生的廢水廢料還面臨著嚴峻的環(huán)保問題。

自動化清洗技術的實際應用

為去除硅料表面的筆跡、膠印、灰塵、金屬離子等雜質，該技術集成了超聲波、堿洗、水洗等工藝。在傳統(tǒng)的清洗工序中，膠印的清理，極大的增加了工人的勞動強度，不同于常規(guī)清洗，該技術的特色是可通過自動化毛刷洗去膠印。膠印的來源是部分生產企業(yè)為硅棒添加了溯源標簽，粘貼于切割面上。

設備自保護及兼容性

為防止堿洗液及酸洗液對設備造成腐蝕，采用不銹鋼304鋼板（δ2.0mm）包覆，接觸面、輸送輥道采用PP板（δ5.0mm）做內襯（PP板可同時耐酸堿），各類管路使用PP-R材質，能有效延長設備使用周期。該設備根據(jù)工藝需要，不僅可進行堿洗，同時兼容硅料酸洗。

酒精、超聲、清水全方位自動化清洗工藝

第一道：酒精刷洗利用“相似相溶”的原理能溶解油性記號筆的筆跡，因為酒精毒性較小，易于回收，價格較低，所以選取酒精作為洗液。在酒精主槽內，用自動化毛刷刷洗硅料表面；同時酒精具有減小膠水附著力的功能，通過物理刷洗可去除膠印；

第二道：超聲堿洗，通過超聲波的震蕩、爆破、剝離作用去除硅料表面的硬性雜質。

第三道：清水噴淋漂洗，不同于傳統(tǒng)的浸泡清洗方式。原因：在水槽中直接漂洗，硅料出水面時，水面上的雜質會附著在硅料上。噴淋漂洗時，直接沖走雜質，污水經(jīng)過數(shù)層濾芯的過濾可重復使用。

圖4 自動化清洗線示意圖

超柔性及擴展性

各清洗槽及配件以模塊化設計為主，預留各類接口，采用組合式框架結構。根據(jù)需要改進工藝后，新增的機械結構可以融合至現(xiàn)有的設備中。堿洗機清洗槽全部用PP板制造，堿洗中可以加入酸洗工藝。

安全防護及可持續(xù)性

整線全密封操作，廢棄液體統(tǒng)一回收處理。酒精操作工序密閉，空氣接觸量少，酒精循環(huán)泵采用氣動隔膜泵，無電源，不具備引燃條件；在酒精主槽入料時，輔助排風管，風機吸收酒精揮發(fā)的氣體，氣體引入至水槽，被水稀釋。并配有酒精回收裝置，是防爆型設備，不規(guī)劃在車間內，獨立放置，安全系數(shù)高。

圖5 硅料自動化清洗車間

自動化清洗技術拓展化應用前景

硅料清洗自動化技術的實現(xiàn)，是北鋼聯(lián)在光伏新能源產業(yè)的又一技術突破。通過應用新工藝、新設備，提高了硅料的清洗質量和效率，降低了用工成本及勞動強度，單線清洗效率可達4.8T/天，1名工人可同時監(jiān)控3條自動化清洗線，并減少了清洗液的浪費，達到環(huán)保無污染的要求。該技術還具有極大的發(fā)展?jié)摿?，不僅適用于硅料清洗，還可經(jīng)過改進廣泛適用于各類塊料、棒料及同屬性工藝的產品清洗。

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