来源：环球零碳

摘要：

我国首次将高温超导技术应用于磁控直拉单晶生长，将对光伏产业链的高质量创新发展起到积极促进作用。

撰文 | Penn

编辑 | Tang

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伴随着下游场景开启规模化应用，我国高温超导产业化应用迎来了新突破。

3月15日，由中国电工技术学会主持、宁夏超导泛科技有限责任公司（以下简称“宁夏超导泛科技”）牵头组织的“高温超导磁控硅单晶生长装备、技术及应用科技成果鉴定会”在宁夏银川市举办。

据悉，宁夏超导泛科技成立于2024年12月，由宁夏盈谷实业股份有限公司、江西联创超导技术有限公司等多家企业和自然人联合投资设立。联创超导则是联创光电的参股子公司，持股比例为40%。

鉴定会上，由中国科学院院士甘子钊领衔的专家委员会对项目进行了全面评估。专家一致认为，该技术填补了我国在高端硅晶体制造领域的多项空白，综合性能达到国际领先水平。

甘子钊院士在评审中表示：“这是国际上首次将高温超导技术应用于磁控直拉单晶生长，为高温超导技术产业化做了很多开创性的工作，开辟了超导技术产业化新赛道。”他特别提到，该技术对实现“双碳”目标具有战略意义。

此次通过鉴定的高温超导磁控硅单晶生长技术，是国际上首次将高温超导技术应用于磁控直拉单晶生长，也意味着中国在高温超导技术产业化应用领域迈出了里程碑式的一步。

图说：科技成果鉴定会现场

来源：银川日报

直拉法制备单晶硅是光伏制造链上的重要一环，原理是通过热场加热，将多晶硅融化成熔融状态，并把液面温度控制在结晶临界点，再从液面向上提拉单晶籽晶，使溶硅顺着籽晶的晶向生长出硅单晶棒。

而此次取得突破的高温超导磁控硅单晶生长技术，正是在传统直拉法基础上，引入高温超导磁体技术，通过超导磁体产生的强磁场抑制晶体生产中产生的热对流，从而有效提高长晶成功率，降低晶体内氧含量，进而提高晶体质量。

超导一直被称为“当代科学的明珠”，是 20 世纪最大的科学发现之一，百余年来共有 13人次获得诺贝尔奖，而寻找在常压下突破40K“麦克米兰极限”的更高温度的超导材料成为国际科学界的一个重要研究方向。

根据实现温度不同，超导体可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料通常需要借助4K(-269℃)的液氦来实现20K以下的环境来实现超导电性，高温超导(HTS)所需的温度相对来说要高得多，通常可以达到40K(-233℃)，甚至-100℃以上。目前主要得到应用的仍然为低温超导材料。

与传统低温超导材料相比，高温超导材料在相对较高的温度下即可实现超导特性。根据联创光电有关人士介绍，根据高温超导材料制作大口径传导式磁体，工作在20-30K温区，无需无需消耗液氮等低温液体冷媒，制冷成本低，可以满足大尺寸（6-12in及以上)、高品质单晶硅生长所需的磁场强度（水平方向0.1T-0.5T）。

图说：宁夏超导泛科技生产车间

来源：科技日报

相较于永磁体、常规电磁体，超导磁体由于其低能耗、磁场强度高、抑制溶体对流水平磁场均匀性好等优点，被公认为适用于单晶硅制备的最佳方案。因此，在在单晶硅生长设备中引入高温超导磁场模块，可减少固液界面温度波动、降低氧浓度提高杂质径向分布均匀性，大幅度提高晶体品质。

根据项目报告显示，宁夏超导泛科技自主研发的高温超导磁控硅单晶生长设备及技术，可将硅片含氧量稳定控制在5ppma（质量百万分比）以下，硅棒头尾利用率提升4%以上，生产效率提升12%，目前已拉出直径达340毫米的高品质硅棒。

图说：超导单晶硅生长炉示意图

来源：联创光电

专家委员会认为该项目解决了磁控条件下大尺寸硅单晶生长炉高温度均匀性节能型热场设计、模块化大尺寸传导冷却高温超导磁体设计、电﹣磁﹣热﹣流体多场耦合下硅单晶生长分析与控制等关键技术难题。研制出的高温超导磁控硅单晶生长装备，形成了大尺寸硅单晶长棒快速、高稳定性、低含氧量的生长工艺，实现了大尺寸(12吋以上)高品质硅单晶的生产，经济和社会效益十分显著。

值得注意的是，高温超导材料现阶段成本相对较高，成本是摆在产业化面前的拦路虎。根据相关公告，联创超导高温超导磁控光伏硅单晶生长炉分为基础版和强磁版，产品市场定价较目前常规生长炉略高，强磁版产品市场定价较基础版高50%以上。

图说：有磁控单晶硅棒

来源：宁夏超导泛科技

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