硅是重要的半导体材料，在光伏技术飞速发展的今天，利用硅材料所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为电能。截至2016年底，我国光伏发电新增装机容量3454万千瓦，累计装机容量7742万千瓦，新增和累计装机容量均为全球第一。
图1 硅料及产品应用示意图 硅料清洗的必要性及现状 在生产太阳能单晶、多晶硅片的过程中，通过切割、加工等工序，将圆柱硅料切方，会产生头尾边皮和各类残余料。其表面在加工过程中残留了切割液、金属离子、指纹等各类杂质。
图2 硅料表面的常见附着物 企业为追求精益化生产，往往会选择回收废料，二次制作成纯净的硅棒。这些废料需要进行收集、清洗、回炉、熔炼等工序，对硅料洁净度要求极高（杂质率≤0.05%），一旦残余料中溶入了杂质，回炉烧结过程中会污染整炉硅棒，并无法可靠检测，后续工艺制成的电池组件对太阳能电站的发电效率影响极大（约降低发电效率的8%~12%）。
图3 待清洁的边角料及残余料 所以，在太阳能电池板的制取过程中，硅料的清洗是核心工艺，这直接影响光伏发电的性能。在实际生产过程中，为了保持硅料的洁净水平，工人必须穿戴洁净服、手套、面罩等衣物，防止污染产品，操作极其繁琐。清洗硅料用到的硝酸、氢氟酸、氢氧化钠等强酸强碱化学品，在反应过程中会产生氮氧化物气体，不但损害工人身体健康，清洗洁净度由于人为操作的因素也无法保证，效率更是无从谈起。对于生产企业来讲，所产生的废水废料还面临着严峻的环保问题。 自动化清洗技术的实际应用 为去除硅料表面的笔迹、胶印、灰尘、金属离子等杂质，自动化清洗技术集成了超声波、碱洗、水洗等工艺。在传统的清洗工序中，胶印的清理，极大的增加了工人的劳动强度，不同于常规清洗，该技术的特色是可通过自动化毛刷洗去胶印。胶印的来源是部分生产企业为硅棒添加了溯源标签，粘贴于切割面上。 设备自保护及兼容性 为防止碱洗液及酸洗液对设备造成腐蚀，采用不锈钢304钢板（δ2.0mm）包覆，接触面、输送辊道采用PP板（δ5.0mm）做内衬（PP板可同时耐酸碱），各类管路使用PP-R材质，能有效延长设备使用周期。该设备根据工艺需要，不仅可进行碱洗，同时兼容硅料酸洗。 酒精、超声、清水全方位自动化清洗工艺 第一道：酒精刷洗利用“相似相溶”的原理能溶解油性记号笔的笔迹，因为酒精毒性较小，易于回收，价格较低，所以选取酒精作为洗液。在酒精主槽内，用自动化毛刷刷洗硅料表面；同时酒精具有减小胶水附着力的功能，通过物理刷洗可去除胶印； 第二道：超声碱洗，通过超声波的震荡、爆破、剥离作用去除硅料表面的硬性杂质。 第三道：清水喷淋漂洗，不同于传统的浸泡清洗方式。原因：在水槽中直接漂洗，硅料出水面时，水面上的杂质会附着在硅料上。喷淋漂洗时，直接冲走杂质，污水经过数层滤芯的过滤可重复使用。
图4 自动化清洗线示意图 超柔性及扩展性 各清洗槽及配件以模块化设计为主，预留各类接口，采用组合式框架结构。根据需要改进工艺后，新增的机械结构可以融合至现有的设备中。碱洗机清洗槽全部用PP板制造，碱洗中可以加入酸洗工艺。 安全防护及可持续性 整线全密封操作，废弃液体统一回收处理。酒精操作工序密闭，空气接触量少，酒精循环泵采用气动隔膜泵，无电源，不具备引燃条件；在酒精主槽入料时，辅助排风管，风机吸收酒精挥发的气体，气体引入至水槽，被水稀释。并配有酒精回收装置，是防爆型设备，不规划在车间内，独立放置，安全系数高。
图5 硅料自动化清洗车间 自动化清洗技术拓展化应用前景 通过应用新工艺、新设备，提高了硅料的清洗质量和效率，降低了用工成本及劳动强度，单线清洗效率可达4.8T/天，1名工人可同时监控3条自动化清洗线，并减少了清洗液的浪费，达到环保无污染的要求。该技术还具有极大的发展潜力，不仅适用于硅料清洗，还可经过改进广泛适用于各类块料、棒料及同属性工艺的产品清洗。 |
