【正文】 的一種形態(tài) ,熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。 太陽能 作為取之不盡的可再生能源，其開發(fā)利用日益受到世界各國尤其是發(fā)達國家的高度重視，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模持續(xù)擴大，技術水平逐步提高，成為世界能源領域的一大亮點，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。s polysilicon industry, there have been the shift to China, China39。結果表明，世界太陽能多晶硅光伏電池產(chǎn)業(yè)已向中國轉移，世 界多晶硅產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了向中國轉移的趨勢，中國多晶硅產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)機遇與風險并存的現(xiàn)象。 2020 — 2020 學年 第 一 學期 畢業(yè)設計（論文） （課程設計） 課題 名稱： 多晶硅 生產(chǎn)工藝的發(fā)展 設計時間： ～ 系 部 ： 化 學 工 程 系 班 級 ： 0703 應化 答 辯 情 況 答辯教師： 年 月 日 評 語 成 績 評 定 指導教師： 年 月 日 1 目 錄 引言 ................................................................ 4 一、多晶硅的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .......................................... 5 多晶硅的應用 .................................................... 5 多晶硅在我國的發(fā)展 .............................................. 5 全球多晶硅的發(fā)展 ................................................ 7 二、多晶硅產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展趨勢 ......................................... 10 多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能發(fā)展分析 ......................................... 10 多晶硅生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢 ......................................... 12 半導體用多晶硅技術及發(fā)展趨勢 ................................. 13 可再生能源光伏產(chǎn)業(yè)用多晶硅發(fā)展趨勢 ........................... 13 國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展趨勢 ................................... 14 三、多晶硅生產(chǎn)流程的發(fā)展 ........................................... 14 SiCl4 法制備第一代多晶硅 ....................................... 15 SiH2Cl2 法制備第二代多晶硅 ..................................... 16 SiHCl3 法制備第三代多晶硅 ...................................... 17 改良西門子法制備多晶硅 ......................................... 18 大型多晶棒節(jié)能型還原爐 ....................................... 19 導熱油循環(huán)冷卻還原爐工藝技術 ................................. 19 還原尾氣的干法回收技術 ....................................... 19 四氯化硅（ SiCl4）氫化反應技術 ................................ 20 SiHCl3 法的探討 ............................................... 21 五、我國多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)面臨三大困境 ................................. 24 金融危機使多晶硅產(chǎn)業(yè)急轉直下 .................................. 24 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨三大困境 ................................ 25 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在內(nèi) 才能有出路 ........................... 26 六、當代多晶硅制備工藝中的不足及改進措施 ........................... 26 多晶硅制備工藝中所存在的不足 .................................. 26 改進措施 ...................................................... 27 2 七、結束語 ......................................................... 28 參考文獻 ........................................................... 30 3 多晶硅生產(chǎn)工藝的發(fā)展 侍昌蕾 0703應用化工 [摘 要 ]硅材料產(chǎn)業(yè)是國家鼓勵發(fā)展的具有廣闊前景的高新技術產(chǎn)業(yè)，是各地戰(zhàn)略投資者高度關注和爭相搶占的競爭制高點。 [關鍵詞 ]多晶硅 光伏產(chǎn)業(yè) 投資風險 The development of polysilicon production technology Shi ChangLei 0703 Applied Chemical Industry Abstract: Silicon material industry is encouraged by the state has broad prospects for the development of hightech industry, is a high degree of concern and around the strategic investors scramble to seize the high ground of petition. As the polysilicon supply, the world39。s polysilicon industry, photovoltaic industry will appear the phenomenon of coexistence of opportunities and risks. Key words:Polysilicon， Photovoltaic Industry， Investment Risk 4 引言 能源是人類社會賴以生存的物質基礎，是經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要資源。 隨著鑄造多晶硅技術的發(fā)展以及多晶硅的普遍使用，多晶硅太陽電池已經(jīng)成為 21世紀光伏市場的主力軍。 多晶硅具有 灰色金屬光澤 ， 熔點 為 1410℃、 沸點 為 2355℃、 密度 為 ～， 溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸 。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材料作用。電子級硅一般要求純度高于 %以上，高于 %～%（一般稱 9個 9至 11個 9），其導電性介于 104～ 1010歐厘米。面對當前世界性傳統(tǒng)能源枯竭和石油價格持續(xù)攀升的形勢，太陽能作為可再生的潔凈能源受到了世界各國的高度重視。多晶硅材料是以金屬硅為原料 經(jīng)一系列的物理、化學反應提純后達到一定純度的硅材料，是硅產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈中的一個極為重要的中間產(chǎn)品，它是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料，也是發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)的重要基石；是 電子工業(yè)中廣泛用于制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料 。多晶硅是半導體 【 1】 工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)的最主要、最基礎的功能性材料，多晶硅太陽能電池生產(chǎn)需要多晶硅材料，集成電路用硅單晶生產(chǎn)同樣需要多晶硅，其重要性不言而喻。 太陽能做為一種清潔能源，對我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重大意義。由于多晶硅原料短缺，目前國內(nèi)很多硅片企業(yè)產(chǎn)能難以得到發(fā)揮，如我國洛陽麥斯克單晶硅廠，因國外多 晶硅廠限制供應電子級多晶硅原料，產(chǎn)量只是正常產(chǎn)能的 50% 。預計：在 2020年底，國內(nèi)多晶硅設計產(chǎn)能將達到 5060噸左右。其特點是采用閉路循環(huán)工藝流程，電耗及物耗低，在國外該法已全部取代傳統(tǒng)西門子法。如洛陽中硅新投產(chǎn)運行的年產(chǎn) 700噸生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要介于國標 1級品與 2級品之問；還原直接電耗為 170． 59kWh／ kg多品硅 (傳統(tǒng)電耗為 400～ 500kWh)。太陽能電池用多 晶硅按每生產(chǎn) 1MW多晶硅太陽能電池需要 11－ 12噸多晶硅計算，我國 2020年多晶、單晶太陽能電池產(chǎn)量為 ，多晶硅用量為678噸左右，而實際產(chǎn)能已達 70MW左右，多晶硅缺口達 250噸以上。 我國的多晶硅伴隨著整個硅材料工業(yè)起步于 20世紀 50年代中期，到 60年代中期實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)， 70年代初曾一度盲目發(fā)展，生產(chǎn)廠家發(fā)展到 20余家。國內(nèi)多晶硅用量的 80%以上仍需要從國外進口。在政策與市場的雙輪驅動下，國內(nèi)一批多晶硅項目已啟動，在追“光”造“硅”熱潮下，以無錫尚德、南京中電光伏、天威英利為代表的國內(nèi)光伏企業(yè)迅速成長，隨著光伏中下游產(chǎn)業(yè)制造規(guī)模日益壯大，預示著國內(nèi)多晶硅供需形勢更加嚴峻。 在世界各國，尤其是美、日、德等發(fā)達國家先后發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏工業(yè)近年來保持著年均 30%以上的高速 增長，全球目前多晶硅缺口在 6000噸 左右 【 3】 。多晶硅廠家一直將向半導體供應作為重點，而限制向太陽電池的供應，這樣有可能限制太陽電池的發(fā)展。至 2020年，多晶硅產(chǎn)能將比 2020年的 3萬 噸 增加 5000噸 。里昂證券亞洲公司（ CLSA）對近年來光伏產(chǎn)業(yè)平均稅前利潤的進行了統(tǒng)計和分析，各環(huán)節(jié)的稅前利潤率對比狀況如圖 11 所示： 圖 11：全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈平均稅前利潤率分布狀況 由圖 11，我們不難看出 2020年至 2020年期間在全球的光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，多晶硅所占的平均稅前利潤率一直要遠遠高于硅片電池片等，里昂證券亞洲公司（ CLSA）根據(jù)詳細的數(shù)據(jù)分析預測得出 20202020年間，全球光伏產(chǎn)業(yè)的平均稅前利潤率約為 20%25%，其中多晶硅料的稅前利潤率約為 35%50%遠高于硅片、電池片及組件等中下游環(huán)節(jié)的 稅前利潤率（ 10%15%）。據(jù)世界能源組織（ IEA）預測至 2020年世界光伏發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的 10%， 2040年占總發(fā)電量的 20%。為了適應半導體、太陽能電池用硅量的增加，世界各大公司都有增產(chǎn)多晶硅的計劃，見表 21?？紤]電子多 晶硅的需求 37300噸 ，總需求為 10285O噸 。世界其它國家：俄羅斯、烏克蘭等國 2Ol0年產(chǎn)能可達 5O00噸 ,德國、法國、西班牙等歐洲國家、韓 國等產(chǎn)能可達 1OOO0噸 、鑄造物理提純法產(chǎn)能可達 1O0O0噸 ,預計產(chǎn)能可達1O205O噸 ，考慮中國新增產(chǎn)能可以彌補世界產(chǎn)能的不足，中國 2O10年至少可以提供 4O0O0噸 產(chǎn)能，世界總產(chǎn)能將達到 14205O噸 。 直到現(xiàn)在半導體用多晶硅仍然主要采用改良西門子法，其工藝成熟，生產(chǎn)安全，以生產(chǎn)棒狀多晶硅為主，以流化床技術生產(chǎn)的粒狀多晶硅為輔，幾年前改良西門子法占全球多晶硅產(chǎn)量的 8O%以上，而目前，由于新的生產(chǎn)方法的不斷出現(xiàn)，也由于西門子法多晶硅的生產(chǎn)涉及復雜的化學反應，各項控制節(jié)點多，以萬計，單純調(diào)試運行的難度都相當大，還原反應產(chǎn)出率低 (16%18%，約 1/6)，所以新的生產(chǎn)方式不斷出現(xiàn)而使西門子法產(chǎn)量下降為多晶硅市場的 76%，并還有繼續(xù)下降的趨勢。物理法提純多晶硅太陽能電池目前有了長足進步， 2O06年福建安蘭三晶公司，用自己生產(chǎn)的 4N物理法多晶硅硅料進行拉晶、切片，并批次制作出單晶硅、多晶硅太陽能電池片。該公司稱最為關鍵的太陽能電池 14 衰減問題及其基本機理已經(jīng)摸清楚了，但穩(wěn)定控制和降低物理法多晶硅的光致衰減是目前研究的熱點和難點 【 6】 。 20世紀 5O年代就開始了電子級多晶硅的研究， 6O年代中期開始批量生產(chǎn)， 7O年代初，全國盲目發(fā)展有 1O0多家企業(yè)擬建設多晶硅生產(chǎn)，最后建成投資的僅 2O多家。我國在多晶硅的生產(chǎn)技術進展方面，新光硅業(yè) 2O01年在四川樂山投建，是我國