【正文】 分的礦物資源，其主要類型有：脈石英、石英砂、石英砂巖、石英巖 (硅石 )、石英質礫石及硅藻土等。在國家限制高耗能產(chǎn)業(yè)的大背景下，電價已成為我國大多數(shù)硅礦企業(yè)亟待突破的瓶頸之一。 隨著集成電路制造與太陽能電池等產(chǎn)品對多晶硅需求的增長，我國多晶硅的自主供貨已明顯存在著嚴重的缺口，致使 2020 年多晶硅現(xiàn)貨市場價格曾一度高達 500 美元 每千克 。多晶硅片在太陽能電池中占成本 的 70%，因此，太陽能界有“得硅者得天下”說法 。太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。硅的用途十分廣泛，冶金、電子、軍工、建材、工程機械、醫(yī)藥、橡膠、化妝品、服裝等眾多行業(yè)都會用到它。要提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量 ,必需在爐體的設計上下功夫 ,解決氣體動力學問題 ,加大爐體直徑 ,增加硅棒數(shù)量。如果鐘罩溫度過低 ,則電能消耗大 ,而且靠近罩壁的多晶硅棒溫度偏低 ,不利于生長。沉積溫度為 1100℃ ,僅次于SiCl4(1200℃ ) ,所以電耗也較高 ,為 120kWh/kg。即使燃燒 ,溫度也不高 ,可以蓋上。世界各大型多晶硅生產(chǎn)，也都進行了這方面的研究，使生產(chǎn)多晶硅工藝中補充純 硅和少量 H作原料成為可能。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，并且不受污染地回收，再送回相適應的工序重復利用，實行閉路循環(huán)式操作。人們通過探討，采用了導熱油作為還原爐的冷卻介質，因油的成本遠比水高，所以采用了循環(huán)冷卻方式，因此，便產(chǎn)生了導熱油循環(huán)冷卻還原爐的工藝這種工藝可使直接電耗降低約 30%，還可綜合利用余熱。冷卻過程會帶走大量熱能，使還原爐內多晶硅棒的熱能損失。采用這種改進的大型還原爐之后，其爐產(chǎn)量可以從改良前的每爐次 100200公斤提高到每爐次 56噸?？v觀多晶硅生產(chǎn)的主要工藝技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，改良西門子工藝能夠兼容電子級 【 11】 和太陽能級多晶硅的生產(chǎn)，以其技術成熟、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等特點，仍是目前多晶硅生產(chǎn)普遍采用的 19 首選工藝。 現(xiàn)代多晶硅生產(chǎn)已將生產(chǎn) 1kg硅的還原電耗降至 100120kWh,冶金級硅耗約 ,液氯耗約 ,氫耗約 ,綜合電耗為 170Wh。還原 18 反應并不單純追求最大的一次通過的轉化率 ,而是提高沉積速率。在催化劑作用下 ,在溫度 300℃和壓力 為 SiHCl3 ,經(jīng)分離和多級分餾后與副產(chǎn)品 SiCl4 、 SiH2 Cl2和大分子量氯硅烷分離。 SiHCl3法制備第三代多晶硅 第二代多晶硅生產(chǎn)流程中雖然 SiCl4 得到利用 ,但 HCl仍然未進入循環(huán)。分離提純后 ,高純 SiHCl3 又進入還原爐生長多晶硅 ,SiCl4 重新又與冶金級硅反應。第二代多晶硅生產(chǎn)流程就是按第二途徑而設計 【 8】 。目前 SiCl4 主要用于生產(chǎn)硅外延片。 第一代多晶硅生產(chǎn)的回收和循環(huán)系統(tǒng)小，所以投資不大。反應器流出物冷卻至 40℃ ,再進一步加壓至 ，深冷至 60℃ ,將 SiCl 4 和 SiHCl3 與 HCl和 H2 分離。這樣 ,自反應器排出氣體主要有 4種，即 H2 、 HCl、 SiHCl3 和 SiCl4 。液態(tài)產(chǎn)物則進入多級分餾塔 (圖 31只繪出 1個 ) ,將 SiCl4 、 SiH2 Cl2 和較大分子量的氯硅烷與SiHCl3 分離。 經(jīng)過數(shù)十年的研究和生產(chǎn)實踐， 許多方法被淘汰， 如以 Ca,Mg或 Al還原SiO4； Zn ,Al或 Mg還原 SiCl2 法等； 剩下的是硅烷分解法和氯硅烷還原法等。 三 、多晶硅生產(chǎn)流程的發(fā)展 15 當前多晶硅在發(fā)展半導體產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)方面已被擺到越來越突出的位置。該項目 2O07年 3月份開始正常生產(chǎn)，預計當年達 3OO噸 以上，實際生產(chǎn)了 23O噸 。從 1998年 2O06年一直僅剩下兩個多晶硅廠有產(chǎn)能，生產(chǎn)能力進一步下降到 6O t/a， 1998年只生產(chǎn)了 4O噸 ，僅占世界產(chǎn)量約 %遠不能滿足國內市場的需要。美國德拉瓦大學利用最新的測光匯集系統(tǒng)把陽光的高中低譜線匯集在電池不同感光材料上，電池幾乎能吸收全部太陽光能，其光能轉化率已達 %，目標是 50%正在努力。但目前光致衰減還比較嚴重，按最大值 30%計，衰減后批次的轉化率還有 %、 %。粒狀多晶硅主要用于連續(xù)拉單晶硅，易于喂料和連續(xù)自動控制。 多晶硅生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢 目前，世界多晶硅生產(chǎn)高度集中于美、日、德三國，一流多晶硅生產(chǎn)技術長 13 期處于封鎖狀態(tài)。 以此趨勢發(fā)展， 2O1O年若薄膜太陽能電池為 30噸 ，晶體硅電池 70噸 ,需要太陽能電池多晶硅達 105700噸 ，則總需求量將達 143O00噸 。 表 22 世界 2OO7— 2O1O太陽能電池產(chǎn)能組成預測 項目 /年份 2020 2020 2020 2020 多晶硅電池產(chǎn)量（ MWp） 1577 3299 4276 5604 單晶硅頭尾料電池常量（ MWp） 427 588 786 1135 硅薄膜電池常量（ MWp） 564 1074 1738 2365 總量（ MWp） 2568預 4892預 6800預 9104預 國際光伏雜志預測（ MWp） 實際4000 實際6000 實際102020 實際151000 由于技術進步世界單位太陽電池耗硅量逐年降低， 2O08年耗硅量約 ，2020年這一數(shù)據(jù)將下降到 。 2OO2年 (半導體用量占 %、太陽能用量占 %)多晶硅還總過剩 噸 。 在近幾年的報告中顯示化石型能源保存量逐日銳減和價格節(jié)節(jié)攀升的嚴峻形勢。由于多晶硅供應緊張，世界各多晶硅廠家計劃 2020年以后大幅增加多晶硅產(chǎn)能。半導體用多晶硅需求增加了 5%,為 2萬 噸 左右。供需基本平衡。 全球多晶硅的發(fā)展 當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在 90%以上 ,而且在今后相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。全球主要中下游硅片、電池片、組件廠商 均有大規(guī)模擴產(chǎn)計劃，掌控多晶硅生產(chǎn)供應的上游廠商也在加緊投資擴產(chǎn)。我國的多晶硅生產(chǎn)技術由于投資大、配套原料難、技術難度大等限制，發(fā)展相 當緩慢，無論是技術水平還是生產(chǎn)規(guī)模上均與世界先進水平有很大的差距，產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的 %%，電子工業(yè)所需的多晶硅目前主要依賴進口，進口多晶硅價格一直居高不下，嚴重影響了我國信息產(chǎn)業(yè)和太陽能利用的發(fā)展。 2020年中國太陽能電池用單晶硅企業(yè)開工率在 20%30%，半導體用單晶硅企業(yè)開工 率在 80%90%，都不能滿負荷生產(chǎn)，主要原因是多晶硅供給量不足所造成的。 此外，采用其他方法提純多晶硅也已經(jīng)取得了進展，如河南“方城物理法”【 2】 、錦州石英玻璃廠化學物理提純法等已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化。依托該技術， 2020年峨嵋廠多晶硅生產(chǎn)能力擴建到 200噸；洛陽中硅于 2020年 10月建成了一條年產(chǎn) 300噸多晶硅生產(chǎn)線，并于當年 11月投產(chǎn)， 2020年擴建到 1000噸。 在多晶硅生產(chǎn)技術方面，改良西門子法的生 產(chǎn)能力占世界多晶硅生產(chǎn)能力的78%。 在 2020年 6月底，國內多品硅產(chǎn)能約為 2460噸，其中，洛陽中硅 1000噸、峨嵋廠 200噸、四川新光硅業(yè)公司 1260噸。尤其是近年來全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速，國內外多晶硅市場嚴重供不應求，價格暴漲。由于多晶硅光伏電池的制造成本較低，光電轉換效率較高 (接近 20%)，因而得到快速發(fā)展。多晶硅主要用于生產(chǎn)單晶硅和衛(wèi)星太陽能電池。因此，大力發(fā)展太陽能高純多晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)技術，成為了新的競爭趨勢。一般認為純度在 %左右。 多晶硅按純度分類主要可以分為冶金用硅、太陽能級、電子級。加熱至 800℃ 以上即有延性， 1300℃ 時顯出明顯變形。硅材料產(chǎn)業(yè)是我國鼓勵發(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。隨著科學技術的進步，人類對可再生能源尤其是風能、太陽能、水能等新型可再生能源的認識不斷深化。s polycrystalline silicon photovoltaic solar cell industry in China has been the transfer of the world39。本文將 系統(tǒng)分析了國內外多晶硅產(chǎn)業(yè)的技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，以及多晶硅企業(yè)的產(chǎn)業(yè)投資發(fā)展趨勢。 由于多晶硅供應緊張，世界各多晶硅廠家計劃 2020 年以后大幅增加多晶硅產(chǎn)能。s polysilicon manufacturers plan in 2020 after a substantial increase in polysilicon capacity. This article describes the systematic analysis of the polysilicon industry, domestic and international technology development status and trends, as well as polysilicon business investment and development trends in the industry. The results show that the world39。長期以來，化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，不但迅速消耗著地球億萬年積存下的寶貴資源，同時也帶來了氣候變化、生態(tài)破壞等嚴重的環(huán)境問題，直接威脅著人類的可持續(xù)發(fā)展。各國都在十分保密的情況下發(fā)展各自的技術，國外有人曾說參觀一個多晶硅工廠甚至比參觀一個核工廠還要難 , 可見其保密性之嚴。 硬度介于鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。具有半導體 性質，是極為重要的優(yōu)良半導體材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。太陽能級多晶硅純度介于冶金級硅與電子級硅之間，至今未有明確界定。近幾年，由于太陽能光伏發(fā)電技術的迅猛發(fā)展，導致了高純多晶硅的嚴重脫銷和價格暴漲，制約了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。多晶硅是單晶硅及硅片產(chǎn)品的唯一原料，用多晶硅加工制成的硅片 (硅拋光片、太陽能級硅片 )主要用于制作集成電路、整流元件、功率晶體管、分立器件、探測器、太陽能電池等半導體器件。目前，硅光伏電池占世界光伏電池總產(chǎn)量的 98%以上，其中多晶硅電池約 55%，單晶硅電池約占 36%，其它硅材料電池約占 70%。多年來我國多晶硅國內市場需求主要依靠進口解決。國內太陽能電池生產(chǎn)廠因缺乏硅片，產(chǎn)能僅發(fā)揮 30%左右?？紤]到多晶硅生產(chǎn)技術掌握難度較大，達產(chǎn)緩慢，屆時產(chǎn)量估計在 900噸左右，主要以太陽能級多晶硅為主，電子級多晶硅不足 200噸。 1999年，我國四川峨嵋廠與原北京有色設計研究總院共同開發(fā)的年產(chǎn) 100噸改良西門子法多晶硅工業(yè)試驗線取得成功， 2020年 1月通過了專家鑒定。國內在大型還原爐、加壓精餾提純、尾氣凈化回收等多晶硅生產(chǎn)技術方面基本取得了成功。到 2020年底國內太陽能電池產(chǎn)能達到 300MW，實際能形成的產(chǎn)量約為 110MW，需要多晶硅 1400噸左右，預測到 2020年太陽能電池產(chǎn)量達 300MW，需要多晶硅保守估計約 4200噸， 7 因此太陽能電池的生產(chǎn)將大大帶動多晶硅需求的增加。由于這些廠都采用的是傳統(tǒng)的西門子法，技術水平低、生產(chǎn)規(guī)模小、各種消耗指標高、產(chǎn)品質量不穩(wěn)定、污染環(huán)境嚴重，加之生產(chǎn)成本逐年增加等原因，多數(shù)生產(chǎn)廠難以維持生產(chǎn)，以至倒閉。全球光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，多晶硅供應一度緊張！當前多晶硅可謂炙手可熱，價格攀升高企，采購訂單排到 5年之后。新光硅業(yè)、洛陽中硅、江蘇順大、 宜昌南玻等一批企業(yè)紛紛投入建設多晶硅生產(chǎn)項目，讓我們看到了硅料“瓶頸”之痛緩解的希望。 據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2020年半導體用多晶硅需求 噸 ，太陽電池用 8000噸 ，合計 噸 。 2020年全球多晶硅產(chǎn)能達到 3萬 噸 ，比 2020年增加了 4%。其中半導體用 噸 ，太陽電池用 噸 。在全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈金字塔 10 結構分布下，控制著多晶硅生產(chǎn)與供應的幾大廠商享受著令中下游廠商們羨慕的利潤率。 表 12 世界主要光伏產(chǎn)業(yè)地區(qū)發(fā)展目標 根據(jù)調查專家預測，光伏發(fā)電將超過核電成為最重要的基礎能源之一，而多晶硅是光伏產(chǎn)業(yè)的重要部分，故而多晶硅技術的研究是當前世界最為關注的！ 二、多晶硅產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展趨勢 國家 政策 現(xiàn)狀與階段目 標 （累計光伏系統(tǒng)安裝量 /GWP） 2020 2020 2020 2030 日本 1944 年“新陽光計劃”， 2020 年“面向 2030PV的路線圖 30 205 歐洲 可再生能源白皮書及 伴隨的“起飛運動” 3 41 200 美國 2020 年“國家光伏計劃”、 2020 年能源法案， 加州“百萬屋頂計劃” 1 36 200 中國 2020 年《可再生能源法》與《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》 8 30 全球 12 125 950 11 目前，全世界每年消耗約 5萬 t多晶硅，受 2O世紀 8O、 9O年代間和 l997～ 2020年兩次嚴重的供大于求的影響，半導體多晶硅產(chǎn)能曾經(jīng)嚴重過剩， 2O00年庫存高達近 6000噸 ，過剩