【正文】 硅以外，還涌現(xiàn)出幾種專門生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù)： 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 ? 1）冶金法生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅 ? 主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅（即冶金硅）進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中去除磷和碳雜質(zhì)，直接生成太陽能級(jí)多晶硅。制得的硅烷氣通入加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，生成粒狀多晶硅產(chǎn)品。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 目前生產(chǎn)多晶硅的方法主要有改良西門子法 —— 閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法，硅烷法 —— 硅烷熱分解法，流化床法，冶金法，氣液沉積法。按純度要求不同，分為金屬級(jí)、電子級(jí)和太陽能級(jí)。例如， 在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面 ，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性。 ? 多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代 人工智能 、 自動(dòng)控制 、 信息處理 、 光電轉(zhuǎn)換 等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料，被稱為“ 微電子大廈的基石”。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)活潑性，能與幾乎任何材料作用。 ? 溶于 氫氟酸 和 硝酸 的混酸中，不溶于水、硝酸和 鹽酸 。 原理如下 : 2HCl + 2NH4OH → 2NH4Cl + H2O 多晶硅簡介 ? 多晶硅 polycrystalline silicon ? 性質(zhì)：灰色金屬光澤。 ， 與無水醋酸及二氮乙烯的毒性程度極為相同 。nH2O + 4HCl SiHCl3 + nH2O → SiO2 △ 硅及其硅的氯化物的簡介 二 、 硅的氯化物 硅的氯化物主要介紹 SiCl SiHCl3等 ， 它們和碳的鹵化物 CF4和 CCl4相似 ， 都是四面體的非極性分子 ， 共價(jià)化合物 ， 溶沸點(diǎn)都比較低 ， 揮發(fā)性也比較大 ， 易于用蒸餾的方法提純它們 。 Si + 2X2 = SiX4 （ X=Cl， Br， I） Si + O2 = SiO2 在高溫下，硅與碳、氮、硫等非金屬單質(zhì)化合，分別生成碳化硅 SiC，氮化硅 Si3N4，和硫化硅 SiS2等。 ? 單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格排列為單一晶核，晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅，如果當(dāng)這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。 硅，由于它的一些良好性能和豐富的資源，自一九五三年作為整流二極管元件問世以來，隨著硅純度的不斷提高，目前已發(fā)展成為電子工業(yè)及太陽能產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣泛的材料。 上個(gè)世紀(jì)發(fā)生的兩次石油危機(jī) ， 一方面是對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的極大沖擊 ，但同時(shí)也是一次機(jī)遇 ， 再加上保護(hù)環(huán)境 ， 開發(fā)綠色能源 、 替代能源 ， 已被人們預(yù)測(cè)為改變我們未來 10年生活的十大新科技之一 。 在未來 10年內(nèi) ， 風(fēng)力 、 陽光 、地?zé)?等替代能源可望供應(yīng)全世界所需能源的 30%。 多晶硅的最終用途主要是用于生產(chǎn) 集成電路、分立器件 和 太陽能電池片 的原料。 ? 一般的半導(dǎo)體器件要求硅的純度六個(gè) 9以上，大規(guī)模集成電路的要求更高，硅的純度必須達(dá)到九個(gè) 9。 硅及其硅的氯化物的簡介 ? 與酸作用 硅在含氧酸中被鈍化，但與氫氟酸及其混合酸反應(yīng)，生成 SiF4或H2SiF6（偏硅酸）。 在常溫下 ， 純凈的 SiCl SiHCl3是無色透明的易揮發(fā)液體 。nH2O + 3HCl 、 易汽化 、 易制備 、 易還原 。 硅及其硅的氯化物的簡介 SiHCl3 SiHCl3還原制備超純硅的方法 ， 在生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用和迅速發(fā)展 。 密度： ～ 。 ? 硬度介于 鍺 和 石英 之間，室溫下質(zhì)脆，切割時(shí)易碎裂。具有 半導(dǎo)體 性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導(dǎo)電性。 多晶硅簡介 ? 多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。其中，用于電子級(jí)多晶硅占 55％左右，太陽能級(jí)多晶硅占 45％，隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對(duì)多晶硅需求量的增長速度高于半導(dǎo)體多晶硅的發(fā)展， 2023年太陽能多晶硅的需求量已明顯超過電子級(jí)多晶硅。 ? 改良西門子法 —— 閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法 ? 改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購氯化氫），氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行 CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。以前只有日本小松掌握此技術(shù)，由于發(fā)生過嚴(yán)重的爆炸事故后，沒有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。因?yàn)樵诹骰卜磻?yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大，生產(chǎn)效率高，電耗低與成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅。 目前世界上主要的幾種多晶硅生產(chǎn)工藝 ? 2）氣液沉積法生產(chǎn)粒狀太陽能級(jí)多晶硅 ? 主要工藝是：將反應(yīng)器中的石墨管的溫度升高到 1500℃ ，流體三氯氫硅和氫氣從石墨管的上部注入，在石墨管內(nèi)壁 1500℃ 高溫處反應(yīng)生成液體狀硅，然后滴入底部，溫度回升變成固體粒狀的太陽能級(jí)多晶硅。改良西門子法生產(chǎn)多晶硅屬于高能耗的產(chǎn)業(yè)，其中電力成本約占總成本的 70%左右。 改良西門子法的工藝流程 ? 改良西門子法在多晶硅生產(chǎn)當(dāng)中是一種非常成熟的方法，國內(nèi)大部分廠家都在采用此種方法生產(chǎn)多晶硅。 ? 還原工序是在化學(xué)蒸發(fā)沉積反應(yīng)器 (還原爐 )內(nèi)加氫還原三氯氫硅，先在還原爐中預(yù)先放置初始硅芯，利用特別的啟動(dòng)裝置來對(duì)初棒進(jìn)行預(yù)熱，然后對(duì)初棒直接通電加熱，三氯氫硅還原后在初棒上沉積出多晶硅棒。 改良西門子法的工藝流程 ? 該工藝涉及的主要化學(xué)反應(yīng)式如下： ? Si +3HCI=SiHC13 + H2 + Q 合成 ? SiHC13 + H2=Si +3HC1Q 還原 ? 理論上， H2及 HCI是可以平衡的。 改良西門子法中的核心技術(shù) ? A、大型多對(duì)棒節(jié)能型還原爐。爐內(nèi)壓力和供氣量得到提高，加大了硅沉積反應(yīng)的速度。 一般每生產(chǎn) 1公斤多晶硅產(chǎn)品 ， 大約要產(chǎn)生 1820公斤四氯化硅 。 如果將尾氣放空排放 ， 不僅浪費(fèi)了能源和原材料 ，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染 。 還原尾氣干法回收的整套工藝都不接觸水分 ， 只是把尾氣中各種成分逐一分離， 并且不受污地回收 ， 再送回相適應(yīng)的工序重復(fù)利用 ， 實(shí)行閉路循環(huán)式工作 。 ? 裝車臺(tái)作用：裝二級(jí)三氯氫硅、回收三氯氫硅、工業(yè)級(jí)四氯化硅、精制四氯化硅等 ,卸外購三氯氫硅。塔的操作就是按照塔頂和塔底產(chǎn)品的組成要求來對(duì)這幾個(gè)影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)。 ?溫度太高 ， 沉積的硅化學(xué)活性增強(qiáng) ， 受到設(shè)備材質(zhì)沾污的可能性增強(qiáng) 。 ? 在 SiHCl3氫還原過程中 ， 由于 H2不足 ， 發(fā)生其它副反應(yīng) 。 b) 從 BCl PC