第四章 工艺技术方案和设备选择 4.1 生产工艺路线及工艺流程 4.1.1 概述 根据本项目采用国内外先进的全自动太阳能电池片测试分选设备、烧结炉及测试仪等设备,以形成年产100MW晶体硅太阳能电池片生产能力的要求,公司在本项目中生产工艺流程和设备的选择原则是: (1) 设备要先进、实用,自动化程度高,维修方便,节水节能,符合环保要求; (2) 适应“多品种、高质量、快交货”的生产机制; (3) 满足生产晶体硅太阳能电池片的生产要求。 本项目选择的设备须成熟可靠、xxx高,结构先进合理、性能稳定、生产能力配套性好,可形成高质高效具有先进性能的生产线,使产品达到优质水平参与国际市场竞争。同时,本项目在吸收其他同行业企业工艺技术的先进性和可靠性的同时,灵活选择适合本企业实际的生产工艺,充分利用先进设备具有较高精度的特点,在规模和技术方面提高企业的市场竞争能力。 4.1.2 工艺路线选择 本项目选择的生产工艺可实现产品的大规格、多品种要求,达到产品生产灵活、工艺操作便利,产品质量控制方便,可提高产品质量,同时能减少占地。 4.1.3 项目工艺流程 根据产品方案,本项目主要生产工艺的流程采用国内较为成熟的工艺路线,基本上是从硅片的开箱检测与装盒开始、然后在加工车间去除油污及制绒、扩散制作表面PN结然后检测、等离子体刻蚀周边PN结及抽测效果、二次清洗,然后在表面处理车间完成制备表面减反射层、印刷背面电极、背电场、正面电极,然后经过高温烧结,{zh1}经检测车间检测合格后入库。太阳能电池硅片生产工艺流程图如下: 硅片 清洗 制绒 甩干 扩散 刻蚀 烘干 印刷(铝) 烘干 印刷(银) 减反射 印刷(银) 烧结 检测 包装入库 图4-1 太阳能电池生产工艺流程图 主要工艺流程说明: ① 清洗、制绒:首先用碱(或酸)腐蚀硅片,以去除硅片表面机械损伤。而后进行硅片表面绒化,现在常用的硅片的厚度180μm左右。去除硅片表面损伤层是太阳电池制造的{dy}道常规工序,主要是通过化学腐蚀,硅片化学腐蚀的主要目的是xx切片带来的表面损伤,同时也能起到一定的绒面效果,从而减少光反射。 ② 甩干、:清洗后的硅片使用离心甩干机进行甩干。 ③ 扩散、刻蚀:多数厂家都选用 p 型硅片来制作太阳电池,那么一般用POCL3液态源作为扩散源。扩散设备可用横向石英管或链式扩散炉,进行磷扩散形成n型层。扩散的{zg}温度可达到850-900℃。这种方法制出的结均匀性好,方块电阻的不均匀性小于10%,少子寿命大于10微秒。扩散过程遵从如下反应式: 4POCL +3O (过量)→ 2PO +2CL (气)2PO +5Si → 5SiO 2 3 2 2 5 2 2 5 + 4P 背腐蚀去磷硅玻璃和边缘 P-N 节:用化学方法除去扩散层 SiO2 2-与HF生成可溶于水的SiF ,从而使硅表面的磷硅玻璃(掺PO 的SiO ) 6 2 5 2 溶解,化学反应为: SiO +6HF → H (SiF)+2HO 2 2 6 2 ④ 减反射:采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD: Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition)技术在电池表面沉积一层氮化硅减反射膜,不但可以减少光的反射,由于在制备SiNx减反膜过程中大量的氢原子进入,能够起到很好的表面钝化和体钝化的效果,这对于具有大量晶界的多晶硅材料而言,由于晶界的悬挂健被饱和,从而降低了复合中心的作用。由于具有明显的表面钝化和体钝化作用,因此可以用比较差一些的材料来制作太阳电池。由于增强对光的吸收性的同时,氢原子对太阳电池起到很好的表面和体内钝化作用,从而提高了电池的短路电流和开路电压。 ⑤印刷+烧结:为了从电池上获取电流,一般在电池的正、背两面制作电极。正面栅网电极的形式和厚度要求一方面要有高的透过率,另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。背面做成BSF结构,以减小表面电子复合,印刷后高温烧结。电池生产工序就完成了 ⑥ 检测分选:为了保证产品质量得一致性,通常要对每个电池测试,并按电流和功率大小进行分类,可根据电池效率进行分级。 ⑦包装入库:将分选好的电池片进行包装,并入库。 4.1.4 产品质量 本项目建成投产后,生产的产品质量应符合国家有关标准进行检测,国际客户有要求的应按相关标准要求控制,要求成品出厂合格率达99%以上。力求使产品质量xx符合或超过国家及行业标准。 4.2 工艺设备 4.2.1 主要设备选型原则和理由 本项目在设备选用上,是从产品定位出发,选用适用的国内外先进设备。对设备基本要求一是配备先进,自动化程度高,生产连续性好;二是性能可靠,环保节能;操作方便,适应性强;三是具有先进的检测功能和网络内外的双向交流功能;四是在组装生产线中,设计成全自动流水线,提高企业市场竞争力。在深入调研考察基础上,择优选用。 选用的国外先进设备在性能方面主要有以下特点: (1) 全自动太阳能电池片印刷设备及测试分选设备 意大利Baccini股份有限公司在80年代初期开创性地将丝网印刷用于制造太阳能电池,并率先实行全流水线生产。该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。其工作原理为:利用丝网图形部分网孔透过浆料,用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力,同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的粘性作用使印迹固着在一定范围内,印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触,接触线随刮刀移动而移动,从而完成印刷行程,在电池表面上制作出正、负两个电极。该生产线仍处于{lx1}地位并已发展到由配置有集成直线电机的计算机来控制。P.V.太阳能电池两侧电极的生产、A.O.I.检测、 充电、试验和成品电池的分选都是在生产线上完成的。 ①全自动太阳能电池片印刷设备技术指标 电池尺寸: 125mmx125mm、156mmx156mm、210mmx210mm 电池厚度: 0.15/0.2mm 每小时电池产量: 1250-1440 片 生产线产能: > 95% {zd0}电池破片率:<0.5% 丝网印刷居中误差: < ±0.01mm 丝网印刷{zd0}规格: 380x460mm {zd0}印刷面积: 170x170mm 刮刀最小和{zd0}速度: 0 - 333mm/sec 刮刀最小和{zd0}压力: 0 – 150N ②全自动太阳能电池片测试分选设备技术指标 电池尺寸: 125mmx125mm、156mmx156mm、210mmx210mm 电池厚度: 0.15/0.2mm 每小时电池产量:1250-1440 片 生产线产能: > 95% {zd0}电池破片率:<0.5% 分档: 1-24 档 (3) 烧结炉 美国BTU 公司的烧结炉专用于太阳能电池电极和背场烧结,烘干和烧结工艺互适。其技术优势为: 快速升温:在较短加热区中密集安装了红外灯管来实现在400~ 875℃之间的升温,速率可达到75℃/秒以上。 快速降温:由安装在网带上下的冷水壁来实现在875℃和400℃之 间的降温速度可达65℃/秒以上。太阳能电池在炉子出口处的温度不 超过40℃。 4.2.2 新增主要设备一览表 项目主要新增设备清单 序号 设备名称 型号规格 单位 数量 制造厂 一 引进设备 全自动太阳能电池片 意大利 1 台 2 印刷设备 Baccini公司 全自动太阳能电池片 意大利 2 台 2 测试分选设备 Baccini公司 3 烧结炉 PVD-614 台 2 美国BTU公司 二 国产设备 1 清洗制绒机 SC-DC18400D 台 4 深圳捷佳创 2 去磷硅玻璃清洗机 SC-DC4400D 台 4 深圳捷佳创 3 闭管扩散炉 DS-300 台 8 深圳捷佳创 4 等离子刻蚀机 PRS 台 12 台湾志圣 太阳能电池减反射膜 5 PD-305(3) 台 8 深圳捷佳创 制造设备(PECVD 6 甩干机 AMT-6 台 8 奥曼特 太阳能电池片印刷机 7 套 2 中电45所 及测试分选设备 8 烧结炉 RC11-2W 台 2 中电48所 9 石英管清洗机 SC-SY0201H 台 4 深圳捷佳创 10 石磨电极清洗机 SC-SM0202A 台 4 深圳捷佳创 氮气罐、氧气罐、有机 11 套 4 市场采购 塔 12 检测、试验仪器 套 4 市场采购 13 其他辅助设备 套 4 市场采购 4.2.4 设备的最终定型 引进设备的最终定型,还需厂方与外商进行广泛的技术交流和商 务谈判,在技术性能优越,满足产品质量前提下,兼顾良好的售后服 务,做到“货比三家”,以最小的投资,取得{zd0}的效益。 4.3 车间布置与车间环保 根据生产工艺流程的特点和企业现状,车间内设备根据工艺流程的要求,既能满足生产又便于管理,尽量使设备排列合理、流畅、操作方便、工艺路线无迂回。 车间根据洁净及环保要求,为保证产品质量、改善工人劳动环境,降温加湿。并加强车间内空气流通,车间内需配套组合式空调机组一套,附空气净化设备,并配有加湿送风换气装置,车间保持洁净厂房要求,换气次数大于5次/小时。以满足项目生产的需要。 第五章 工程技术方案 5.1 建设地点 5.1.1 厂址概况 项目选址在横店镇的横店湖头陆工业区,用地面积约12000平方米,为公司建设留用地,东为东磁路,北为环城北路,南面和西面为已建厂房,交通便利。 5.2 建设条件 5.2.1 自然条件 东阳市属亚热带季风气候,四季分明,湿润多雨,主要气象数据如下: 年平均气温 17.1℃ 极端{zg}气温 41.0℃ 极端{zd1}气温 -10.3℃ 年平均降雨量 1301.2mm 日{zd0}降雨量 330.2 mm 全年主导风向、频率 ESE,11.93% 年平均风速 1.22m/s 年{zd0}速度 18 m/s 年平均气压 005.9mbar 年平均相对湿度 77% 地震基本烈度 <6 度,不设防 2 基本雪压 0.4kn/m 2 基本风压 0.4kn/m 5.2.2 地质条件 根据建设单位提供的现厂区原有建筑物工程地质勘测报告,该场地地质岩土分布为耕植地,砂质粉土,全风化沉泥质粉沙土,弱微风化沉泥质粉沙土,地基土试验承载力标准值微240kpa。 5.2.3 地震设防 根据国家地震局 1990 年的《中国地震烈度区划图》,该地区地震基本烈度为6度,按国家GB50011-2001建筑抗震设计规范考虑抗震措施。 5.3 平面布置及运输 5.3.1 平面布置 本项目土建面积8000平方米,分别为主车间和辅助车间。厂房内需配有通风、恒温衡湿及吸尘等设备,以满足洁净车间的需要。主厂房呈长方形东西向布置。厂房内拟放置制绒机,扩散炉,等离子刻蚀机,PECVD,全自动印刷机,烧结炉及生产配套设备。 公司厂区道路适合大型运输车辆进出。现有厂区设有东西10米宽的主道路,车间、仓库四周设有8~10米道路,所有道路呈环状布置,便于消防和运输要求,采用混凝土路面。 5.3.2 厂内外运输 因公司地理位置优越、交通方便、厂区外运输主要以汽车为主。本地的原辅材料均采用汽车运输。部分需外来的原料市场采购的,需长途运输可由当地交通运输部门解决,短途驳运用工厂自备车解决,本项目不再新增运输车辆。 生产区内运输,由于生产车间相对独立,主要是生产过程中原料、成品的搬运,采用电瓶车、铲车等为主,区内小型运输工具根据实际需要逐步添置,本项目暂不考虑配置生产运输车辆。 5.4 土建工程 5.4.1 本项目土建面积8000m2。详见表5-1。 表5-1 厂区建(构)筑物一览表 序 占地 建筑面积 层 备 建筑物名称 2 2 结构类型 号 (m) (m) 数 注 1 主车间 6700 6700 1 钢结构 2 辅助车间 1300 1300 1 钢结构 合计 8000 8000 5.5 给水排水 5.5.1 给水工程 本项目在公司厂区内组织实施。公司现有的生产、生活、消防用水均由自来水厂供给,水源充裕,水质良好,符合国家卫生要求。由市政供水干管接入厂区,供水管径为DN200,压力不小于0.25MPa。供水管沿厂区四周敷设环状给水管网,各部门进水管设水表进行考核,水表后为枝状供水至各用水点。厂区内建有供生产、生活、消防的管网给水系统,供水系统完善合理。 用水量测算:本项目生产用水主要是硅片清洗制绒、去磷硅用水,平均小时用水量25吨,日用水量为576吨,其余为循环冷却水补充水,其他(绿化、道路清洗)用水约 3.33 吨/天,生活用水暂按 100升/人.天估算,本项目新增职工400 人,日生活用水 40.0 立方米。具体用水量详见表5-2。 表5-2 项目用水量估算表 用水量 序号 用水部门 {zd0} 平均 全天 备 注 3 3 3 (m/h) (m/h) (m/d) 1 生产车间 30 25 576 制绒、去磷硅 2 生活用水 1.5 1 40.0 10L/人 3 循环冷却补充水 1 44 道路、绿化等 3.33 不可预见水量 3.33 消防等 合计 962 本项目按全年300 天估算,则全年新增用水量约为20 万立方米。厂区内现有的供水系统,xx能满足本项目的用水要求。 5.5.2 排水工程 根据工艺方案,本项目投产后产生的废水主要为职工生活污水、硅片清洗废水和地面冲洗水等。初步估算项目新增排水量约为960立方米/天的污水,职工生活污水为一般性质的生活污水,而硅片废水中主要污染因子为 COD和F。因此,生产厂区内的生产及生活污水经处理达标后,经污水总管排入横店污水厂。 5.6 供电 5.6.1 供电要求及电源 根据国家有关规定和标准,本项目的负荷等级为三类负荷。 工艺要求供电电压为 380/220 伏,电压波动不超过额定电压的± 5%,电源频率为50±0.5Hz。 公司已建立起比较完善的供电系统。现有供电电源由横店供电局 110kV专线引入厂区配电屏,由配电屏分流到车间变配电房内,配电电压为380/220V。供电电源xx可以供应本项目的用电需要。 5.6.2 用电负荷计算 根据项目设计的产品方案,本项目组织生产所需的主要用电设备 为太阳能电池减反射膜喷涂炉、全自动太阳能电池印刷设备、硅片清 洗机、等离子刻蚀机等,以及配套工程设备,总装机容量约为5933kW, 采用需要系数法进行计算用电负荷,经计算:本项目有功功率 P =3819.1kW,补偿前无功功率Q=2864.3kvar,视在功率为4773.9kVA , j j 自然功率因素为0.8,由于自然功率因素不足0.9,宜采用低压静电电 容器柜,在低压配电室集中进行补偿。补偿后视在功率为3437.2kVA。 补偿后的功率因素为0.93 以上,变压器容量 4200KVA。本项目用电量 按年工作日300 天、四班三运转估算,则全年耗电为1856×104kWh。 变电所负荷计算表 计算负荷 序 设备 需要 功率 号 用电设备 容量 系数 因数 有功 无功 视在 功率 功率 功率 (kW) (Kx) COSΦ (kW) (kvar) ( kVA) 1 工艺设备 4358.0 0.70 0.80 3050.6 2288.0 2 制冷空调 915.0 0.70 0.80 640.5 480.4 3 水处理系统 160 0.8 0.8 128.0 96.0 4 车间照明 200 0.9 0.70 180.0 183.6 5 其他 300 0.65 0.80 195.0 146.3 共计 5933.00 0.80 3819.1 2864.3 4773.9 同时系数0.9 0.80 3437.2 2577.9 4296.5 若补偿 -1200 共计 5933.00 0.93 3437.2 1377.9 3703.1 考虑变压器损耗 20 70 0.92 3457.2 1447.9 3748.1 5.6.3 生产配电 本项目车间动力电源均为三相四线制加 PE 线,即TN-S系统。电压为380/220V。供电方式一般采用放射式与树干式相结合。配电所到车间动力箱和成套设备控制箱的动力干线采用VV-1kV电力电缆,采用电缆沿桥架或电缆沟敷设。 车间内动力配电箱到各用电设备一般采用 BV-500 型铜芯塑料绝缘导线,采用穿管埋地、沿墙、楼板等方式暗敷。 (1) 工厂照明 照明光源一般有:白炽灯、日光灯、荧光高压汞灯等。生产车间一般照明采用高压光效金属卤化物灯具,车间局部照明与办公室照明一般均选用荧光灯。其它辅助生产车间办公通道等一般选用日光灯和吸顶灯等,厂区道路照明采用高压钠灯。照明标准按国家有关规定及工艺要求进行设计。生产车间一般照明75lx,局部照明为150~200lx;办公室150lx,厂区道路20lx。在车间重要场所和主要入口设置事故应急照明和疏散诱导灯,照明线与电力支线一样敷设。 (2) 防雷与接地 本厂按国家有关规范进行防雷接地系统设计,并尽量利用建筑物屋面、柱内、圈梁及基础内主钢筋做防雷与接地设施。生产线接地保护采用TN-C-S接地系统。厂区已按三类建筑物考虑防雷设施,采用沿四周山墙设置避雷带,变压器中性点接地,接地电阻小于4Ω;车间电缆进户处要做重复接地,接地电阻小于10Ω,其它特殊设备的工作接地电阻应按满足相应设备的接地电阻要求。 (3) 消防设计 消防设备的电源均实现双回路末端自动切换。生产车间在主要通道,走廊电梯前室,楼梯间及主要入口等均设应急照明和疏散指示灯。 5.7 辅助工程 5.7.1 空气净化及调节 根据生产工艺的要求,厂房洁净度:清洗制绒间、扩散间1 万级;其余 10 万级,走廊 30万级的洁净环境,环境温度为18℃~25℃,因此需要采取空气净化和空气调节措施。 空气净化:根据工艺设备布置及建筑面积,需配置附有空气净化设备的组合式空调机组 4 套,风机风量为36万立方米/时。含风机段及初效和中效过滤段、混合段,通过风道向操作区送风,在风道出口处再安装普通型过滤器。经净化处理后的空气可以满足生产工艺对洁净厂房的要求。空调机组选用40STD-E670WS四台,40STD-E180WS 八台。 冷源采用冷水机组制冷。制冷量:720KW,水温控制范围 10~25 ℃。 5.7.2 气体动力 ①空压站 空压站设在各动力站房。 空压站系统组成:空压机、储气罐、预过滤器、无热再生干燥器、终过滤器、管道及阀门附件。②冷冻站 冷冻站设在各动力站房。 冷冻站系统组成:离心式冷水机组、冷冻水循环泵、闭式膨胀罐、加药装置、管道及阀门附件、保冷材料等。③冷冻机用循环冷却水系统 循环水泵置于冷冻站内,冷却塔则置于其屋面上。 系统概述:为开式循环系统,以自来水为补水。管路上装有智能全自动刷式过滤器,以xx系统中的悬浮物。④真空系统 为满足工艺生产过程中硅片传递等对真空的需求而设置。真空系统设在各动力站。 系统组成:真空泵、真空缓冲罐、管道及阀门附件等。 ⑤大宗气体系统 大宗气体氮气、氧气及氩气由设在厂区的储罐提供并设减压装置。气体管道经管架或埋地配送到各用气厂房。各厂房的气体分配系统由主配管系统及分支管系统组成。⑥特种气体系统 特种气体供气系统分类如下: 氨气(NH3)传输系统。 硅烷(SiH4)传输系统。 / 特种气体均由各厂房内特气室的气体柜 气体盘将特种气体分配 /至各厂房支管阀门箱 分支管。 2 在各特气室设有毒性及可燃性气体柜( 只工艺气瓶)、吹洗气体 1 2 柜( 只气瓶)及存储气体柜( 只气瓶)。 气体柜具有自动切换、自动吹洗的功能,能连续为生产设备供气。 5.7.3 给水排水 ①给水 水源:本工程自来水由横店自来水管网接入。 工程所用自来水包括生活用自来水、纯水制备、循环冷却水补水等。②纯水 ≥18M?.cm SiO ≤1mg/L 0.5μm ≤150PCS/ml 纯水电阻率 , 2 ,颗粒(> ) , xx数≤5cfu,温度22±2℃,水压3 kg/cm2 ,(均为使用点参数)。采用RO+EDI+混床方式。③工艺设备冷却水 工艺冷却水夏天所需冷量来自空调冷冻水系统,冬天用冷却塔制备的冷水供给板换热,提供工艺冷却水所需的冷量,以达到节能的目的。 RO 工艺设备冷却水系统概述:该系统为闭式循环系统,水作为补水,换热器、循环泵、定压罐均设于动力厂房内,配水管道设计采用同程式系统,各使用点压力波动较小。 温度控制:以测量到的供水温度为反馈信号,调节冷冻水电动调节阀的开度,来实现对供水温度的控制。循环水泵采用变频泵,由供回水压差控制水泵的转速。④冷冻机用循环冷却水 冷冻机用循环冷却水系统概述:为开式循环系统采用方形横流式玻璃钢冷却塔,每台冷冻机对应一台冷却塔;循环冷却水系统以自来水为补水。循环水泵置于冷冻站内,冷却塔则置于其屋面上。冷却塔进出水管间设旁通管,并采用变速风机,以使系统过渡季节时可节能运行。冷冻机用循环冷却水系统上设置加药系统和过滤系统以保证循环水质的稳定。⑤生活生产污废水 生活污废水系统:生活污水经厂区内的化粪池处理后,达一级排放标准后排入市政污水管道,其他生活废水直接排入厂区内的污水管道。食堂操作间的含油污水经隔油池处理后排入厂区污水管道,集中在厂区内的污水处理站处理,达到《污水综合排放标准》(GB8978- 96)一级排放标准后排入市政污水管道。 本项目在硅片清洗、表面制绒等生产工艺中会产生一定量的普通酸性废水、碱性废水、氢氟酸废水。拟在厂区建设一个集中式污水处理站,各厂房排出的生产废水经收集后输送至污水处理站集中处理,酸碱废水及含氟废水经过处理后达到《污水综合排放标准》(GB8978 -96)一级排放标准后通过污水管道进入横店污水处理厂。⑥雨水排放系统 雨水系统简述:屋面雨水经雨落管排入厂区雨水管道,厂区内路面雨水汇集后经雨水口排入厂区雨水管道。 第六章 环境保护、卫生及消防 6.1 环境保护 6.1.1 环保方针 (1)根据中华人民共和国《环境保护法》的规定,本着“xx污染、保护环境、综合利用、化害为利”的方针,对生产过程中排出污染物质采取必要处理措施,使其达到规定排放标准,以实现净化环境的目的。 (2) 本项目涉及的环境治理工程,均与生产装置同时设计、同时施工、同时建成投产。 6.1.2 环保法规和标准 (1) 《中华人民共和国环境保护法》 (2) 《中华人民共和国大气污染防治法》 (3) 《中华人民共和国固体污染防治法》 (4) 《建设项目环境保护条例》中规定的“三同时”原则 (5) 《污水综合排放标准》 GB8978-1996 (6) 《环境空气质量标准》 GB3095-1996 (7) 《城市区域环境噪声标准》 GB3096-93 (8) 《工业企业厂界噪声标准》 GB12348-1990 (9) 《工业企业设计卫生标准》 GBZ1-2002 (10) 《地表水环境质量标准》 GB3838-2002 |