本文摘要：太阳能行业内所用于的硅锭所指的是在高纯度坩埚内精心烧结的大块硅料。
太阳能行业内所用于的硅锭所指的是在高纯度坩埚内精心烧结的大块硅料。因为借此所切割成出有的硅片质量要求了最后太阳能电池的性能，因此，这些硅料的结晶质量倍受注目。
此种硅锭的制作是十分花费资金的，完全占了最后太阳能电池总成本的三分之一。其中原料成本所占到比例仅次于，但同时，设备保险费、不受污染的坩埚、维护性气体、能源及产量损失等问题也某种程度对最后成本影响甚大。因此，太阳能领域内的硅片生产商热衷提升设备的生产效率和生产能力。
渐渐变小的太阳能硅锭 由于生产成本与规模成比例地快速增长，硅锭的重量也持续大大地减少，从前几年的270kg减少至了现在的700kg。ITRPV在2015年发布的报告预测硅锭重量将在未来的四年内减少至1300kg。
在过去，这种重量上的快速增长主要是通过减少坩埚和铸锭炉的尺寸来构建的。为了更进一步对原料荷载展开最大化调整，必须对现有坩埚容量展开尽量有效地的霰弹，尽量避免原料块之间的空隙。
原料块之间的空隙不会在融化过程中塌陷，导致生产量的硅锭比坩埚所能生产量的仅次于尺寸厚上许多。 就只不过一个旅行箱，如果衣服砌得整整齐齐，就可以敲很多进来，用经过尺寸优化的原料霰弹坩埚看可以提升坩埚的荷载。在这里，关键的性能指标是填满亲率，即原料对等价空间的填满能力（也称之为填满因子）。传统硅料的填满亲率一般来说在75%一下，这就意味著低约四分之一的能用坩埚空间被浪费。
这一结果需要展示出有所不同的原料形态及其对填满亲率的影响。 坩埚装载：原料形态及填满亲率的积木 各不相同有所不同的制备工艺，太阳能用原料硅可通过有所不同的形态或形状展开分类：西门子多晶硅和其他一些冶金方式（UMG-Si）一般来说不会生产量随机形状的原料块。即使多晶硅篮和UMG-Si皆能原始地切割成圆柱体或硅砖，这种便宜的工艺流程并没取得被广泛应用的动力。
而另一方面，流化床反应器（FBR）需要生产量尺寸在1-3mm之间的小径颗粒。最后，早期铸锭阶段被检验丢弃的材料（如顶部或底部的切割成废料，以及损坏硅片等）均可展开循环利用，从而减少原料费用。图一为装载了有所不同类型原料的坩埚。
奥利弗格拉夫（OliverGraf）先生作为公司的铸工艺协调员在三个有所不同的大陆上主持人了现场坩埚霰弹工作。根据他的经验，如果精心化学键的话，成块儿的原料需要超过实分类尺寸材料填满亲率的73%。但是，格拉夫先生回应，草率的霰弹不会造成更差的填满亲率，并大幅度减少坩埚的装载量。形状规则的整块儿原料需要大幅度修改这一流程。
举例来说，圆柱形多晶硅原料需要做成蜂窝状形态。由UMG-Si方式制得的砖状原料与现有坩埚的形状更加给定，因此需要构建更加灵活的填满效果。
在硅棒、硅砖之间的空隙，以及坩埚壁上的缝隙可用于更加小的材料展开填满。 流化床反应器所制得的颗粒状材料在这里就显露出了优势：格拉夫先生特别强调，与块状原料的填满亲率比起，流化床反应器制得的颗粒凭借其杰出的流动性，需要填满其他原料类型之间经常出现的空隙。他预计，通过将颗粒状原料和块状原料展开优化组合，可实现高达80%的填满亲率。除了需要提升产率外，这一混合方式同时还需要减少填满时间（参看REC资料）。
格拉夫先生认为，传统的解决问题原料间牢固问题的方式，如冷却、震动等，无法应用于在太阳能坩埚上。坩埚本身或表面涂层的损毁可造成硅锭经常出现裂痕，（震动）有可能造成融化后的硅料阻塞真是就是祸害产量的最佳方式！格拉夫先生回应。
当被问到原料的最佳形态时在不考虑到成本的条件下格拉夫先生的叙述是与坩埚形状几乎相符的大块原料。坩埚的霰弹可通过将自定义好的原料块自动摆放在坩埚中来已完成。
循环利用材料、颗粒原料、小块材料等额外的填满原料可被用来对坩埚壁与原料间的缝隙展开填满。这种方式不仅需要使预期填满亲率超过相似100%的水平，同时还能大幅度延长填满时间。此外，此种霰弹类型还是构建全面自动化系统过程中的最重要一步。
与传输带上结合后，可将霰弹好的坩埚稳定地运到/运往铸锭炉，这样，铸锭工艺可在不远处的未来沦为仅有须要工人很少的操作者就可以构建的流程，格拉夫先生这样飨宴。 返回当下的现实中，优化原料形状是提升坩埚装载亲率和设备生产力的非常简单方式。从或许上来说，对原料展开实服务公司和形状重新组合近于有可能会在大多数生产线上以求部分构建。但是，目前来看，通过原料来提升填满亲率并无法在市场上取得很多溢价空间。
这样就使得FBR颗粒作为块状原料的补足形式，极具经济效益和技术优势。 对坩埚填满亲率的进一步提高预计可通过两种方式来构建：将原料做成较小的块状，或做成优化后的形状。
而这两种形式有可能是需要展开填充的砖状材料，或是根据坩埚尺寸展开切割成的分开整块原料。从技术上来说，多晶硅和UMG-Si原料均可做成大型的几何形状原料，事实上，Elkem太阳能公司早已在多年前就开始获取涉及产品了。但是，通过线钩来对硅块展开切割成塑性是一项成本极高的工艺。这使得此种原料几何形状的未来并不具体，除非切割成技术不会经常出现突破，可取得互为类似于的原料成品，或者原料需要必要根据太阳能坩埚的形状展开优化制订。
随着填满亲率的减少，还必须留意的是填满灵活的原料所产生的热膨胀对坩埚本身的损毁。此外，结晶工艺也必须针对更大的填满量展开优化。下游工艺的生产能力（带锯和线锯等）也必须展开调整，以适应环境所铸得的更高的硅锭。
产量的提高 填满亲率是坩埚装载和硅锭产量的一个最重要性能指标。通过将有所不同类型的原料结合，如大型块状原料和颗粒状原料等，可将填满亲率提升10%或更加多。
据估计，通过将原料做成砖状或根据坩埚尺寸展开自定义（早已需要通过UMG-Si等工艺构建），需要更进一步取得10%的填满亲率。
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