【正文】 ，這是一項新的技術(shù)難題。通過國家、企業(yè)補貼一部分，居民自己拿出一部分的模式，城鄉(xiāng)居民屋頂發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，使普通 家庭既是光伏發(fā)電的消費主體，又是并網(wǎng)發(fā)電的生產(chǎn)主體，這樣可以進(jìn)一步擴大光伏發(fā)電的規(guī)模，實現(xiàn)多晶硅產(chǎn)業(yè)與光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的良性促進(jìn)，不斷降低新能源的利用成本。但是由于我國對新興的多晶硅產(chǎn)業(yè)一貫是扶持鼓勵態(tài)度，多晶硅生產(chǎn)進(jìn)入沒有太多門檻，造成投資建廠遍地開花，部分多晶硅項目選址不合理，區(qū)域產(chǎn)業(yè)配置不合理，導(dǎo)致迄今為止無法形成相對完整的光伏產(chǎn)業(yè)集群，這對發(fā)展國內(nèi)的多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)十分不利。 目前，制約我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸主要是技術(shù)落后，企業(yè)被局限在仿制和技術(shù)的小改小革上，只能生產(chǎn)出太陽能電池級多晶硅，無法掌握更高水平的電子器件級多晶硅制造技術(shù)。但由于很多企業(yè) 出口不暢，造成庫存積壓，寧復(fù)這家企業(yè)今年前兩個月已虧損 100多萬元。生產(chǎn)多晶硅的地區(qū)，最適宜的是電力資源豐富而電價低廉的地區(qū)。 (3)核心技術(shù)受制于人。 廣西硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛在風(fēng)險 廣西大化有著得天獨厚的硅礦資源和電力資源優(yōu)勢，有發(fā)展硅產(chǎn)業(yè)的條件，但真要把資源優(yōu)勢變成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，制約因素依然很多，面臨很多不確定的風(fēng)險。 大化縣發(fā)展硅產(chǎn)業(yè)有其自身優(yōu)勢。硅礦資源主要集中在寧夏石嘴山、湖北宜昌、廣西大化、四川峨眉等地。由于多晶硅的生產(chǎn)工藝比較 復(fù)雜，純度要求高，目前國內(nèi)僅有少數(shù)幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)，產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的 %，每年約有 93%以上的多晶硅需要進(jìn)口。 光伏行業(yè)中以晶體硅電池為主，包括多晶硅和單晶硅電池，多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。 SiHCl3 法的最終多晶硅價格比較低 ,其沉積速率比 SiCl4 法約高 1 倍 ,安全性相對良好。 SiHCl3 還原時一般不生成硅粉 ,有利于連續(xù)操作。改良西門子生產(chǎn)多晶硅的具體流程如圖 34所示： 圖 34 多晶硅生產(chǎn)的改良西門子法示意圖 SiHCl3 法的探討 SiHCl3 法是當(dāng)今生產(chǎn)電子級多晶硅的主流技術(shù) [13] ,其純度可達(dá) N 型 2020Ω cm,生產(chǎn)歷史已有 35 年。 還原尾氣的干法回收技術(shù) 在還原生長多晶硅之后，還有部分還原尾氣。這種大型還原爐的顯著特點是：能耗低、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定。多晶硅的純度也是至關(guān)重要的 【 10】 ,施主雜質(zhì)容許的最高原子比為 15 1011(150ppta) ,受主雜質(zhì)濃度為 5 1011(50ppta) ,碳濃度為 1 107(100ppba) 。SiHCl3 又補充到儲罐待用 ,SiCl4 則進(jìn)入另一流床反應(yīng)器 ,在 500℃和 件下生產(chǎn) SiHCl3 。由于 SiCl4的回收可以增加沉積速度 ,從而擴大生產(chǎn)。 SiH2Cl2 法制備第二代多晶硅 在 SiCl4 法的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)，提高多晶硅的產(chǎn)量可以走兩條途徑 :一是提高一次通過的轉(zhuǎn) 換率 ,另一種是維持合理的一次通過轉(zhuǎn)化率的同時 ,加大反應(yīng)氣體通過量 ,提高單位時間的硅沉積量。后二者通過水吸收 :H2循環(huán)使用 。提純后的 SiHCl3 進(jìn)入儲罐。近一兩年來，在生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品（特別是用于太陽能電池的多晶硅）的技術(shù)路線方面，世界多晶硅主要生產(chǎn)國家正在積極開發(fā)新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)。目前我國仍是世界上能生產(chǎn)電子級多晶硅的數(shù)幾個國家之一。該公司 2O07年 8月組建了一條 25Mwp的太陽能電池中試生產(chǎn)線， 2O08年底太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備，多晶硅鑄錠爐，多線切割機等會全部到位。 國外半導(dǎo)體級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)中，除改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的工藝外，還有硅 烷熱分解生產(chǎn)棒形狀、粒狀多晶硅工藝以及 SiH2C12熱分解法等生產(chǎn)多晶硅工藝，這些方法各具特色，同時存在。由此可測算出 201O年需求太陽電池多晶硅需 11 求量為 6555O噸。太陽能為“取之不盡、用之不竭”的可再生能源，各能源消耗大國紛紛制定了鼓勵發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的陽光政策，提出了明確的發(fā)展階段目標(biāo)如：表 12。太陽能電池用多晶硅需求占產(chǎn)量的 50%以上。多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長期以來掌握在美、日、德等 3個國家 7個公司的 10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場壟斷的狀況。直至 2020年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量略有增長，估計為 60噸左右； 2020年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量持續(xù)增長，達(dá) 80100噸。 我國集成電路的增長，硅片生產(chǎn)和太陽能電 池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大大帶動多晶硅材料的增長。改良西門子法是在傳統(tǒng)西門子工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 2020年國內(nèi)消費多晶硅近5000噸，其中用于電子級多晶硅約 700噸，其余為太陽能級多晶硅，而當(dāng)年國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量僅 260噸，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。單晶硅即硅半導(dǎo)體是多晶硅的衍生產(chǎn)品，是制造集成電路和電子元件的優(yōu)質(zhì)材料。高純多晶硅由于具有許多優(yōu)良特性而成為微電子和太陽能電池的關(guān)鍵性材料，是其他材料難以替代的重要戰(zhàn)略資源。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)。 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(dá)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(shù)水平逐步提高，成為世界能源領(lǐng)域的一大亮點，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。結(jié)果表明，世界太陽能多晶硅光伏電池產(chǎn)業(yè)已向中國轉(zhuǎn)移，世界多晶硅產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了向 中國轉(zhuǎn)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(fēng)險并存的現(xiàn)象。 [關(guān)鍵詞 ]多晶硅 光伏產(chǎn)業(yè) 投資風(fēng)險 The development of polysilicon production technology 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。 隨著鑄造多晶硅技術(shù)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(jì)光伏市場的主力軍。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。面對當(dāng)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 4 國的高度重視。多晶硅是半導(dǎo)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(chǔ)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。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 5 限制供應(yīng)電子級多晶硅原料，產(chǎn)量只是正常產(chǎn)能的 50% 。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。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(dá) 70MW左右，多晶硅缺口達(dá) 250噸以上。國內(nèi)多晶硅用量的 80%以上仍需要從國外進(jìn)口。 在世界各國，尤其是美、日、德等發(fā)達(dá)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 7 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】 。至 2020年，多晶硅產(chǎn)能將比 2020年的 3萬噸增加 5000噸。據(jù)世界能源組織（ IEA）預(yù)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%。考慮電子多晶硅的需求 37300噸，總需求為 10285O噸。 直到現(xiàn)在半導(dǎo)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(shù)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(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，各項控制節(jié)點多，以萬計，單純調(diào)試運行的難度都相當(dāng)大，還原反應(yīng)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。該公司稱最為關(guān)鍵的太陽能電池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】 。我國在多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展方面，新光硅業(yè) 2O01年在四川樂山投建， 13 是我國第一條國家計委批準(zhǔn)建設(shè)的千噸多晶硅生產(chǎn)線，規(guī)劃年 產(chǎn) 126O噸的多晶硅，可年產(chǎn)電子級多晶硅 9O噸、區(qū)熔多晶硅 200噸、太陽能電池用多晶硅 16O噸。這些研發(fā)工作表現(xiàn)得 十分活躍，并獲得了眾多的研究新成果和新突破。 SiHCl3在常溫下是液體 ,由 H2攜帶進(jìn)入鐘罩反應(yīng)器 ,在加溫至 1100℃的硅芯上沉淀。鹽酸為副產(chǎn)品。第一種途徑可以節(jié)約投資 ,但是生產(chǎn)產(chǎn)量提高不大。具體流程如圖 32： 圖 32 第二代多晶硅生產(chǎn)流程示意圖 SiH2Cl2 也可以生長高純度多晶硅，但一般報道只有 100Ω cm，生長溫度為1000℃，其能耗在氯硅烷中較低，只有 90kWh/kg。第三代多晶硅生產(chǎn)流程實現(xiàn)了完全閉環(huán)生產(chǎn) ,適用于現(xiàn)代化年產(chǎn) 1000噸以上的多晶硅廠。體金屬總量也應(yīng)控制在 5 1010(500pptw) 以下。 目前，國外大型還原爐的硅棒的總數(shù)大多在 100根以上，硅棒氏度在 18 上，棒直徑達(dá)到 200毫米以上，每爐產(chǎn)量可達(dá) 56噸，電耗則大幅度下降，達(dá)到每公斤多晶硅耗電 80kw/h。如果尾氣放空排放，不僅浪費了能源和原材料，還會給環(huán)境造成污染。實踐證明 ,SiHCl3 比較安全 ,可以安全地運輸 ,可以貯存幾個月仍然保持電子級純度。為了提高沉積速率和降低電耗 ,需要解決氣體動力學(xué)問題和優(yōu)化鐘罩反應(yīng)器的設(shè)計。多晶硅純度完全滿足直拉和區(qū)熔的要求 ,所以成為首選的生產(chǎn)技術(shù)。熔融的單質(zhì)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，如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。近年來多晶硅市場售價的暴漲，一方面危及到我國多晶硅下游產(chǎn) 21 業(yè)的正常運營，另一方面，也刺激了硅產(chǎn)業(yè)的投資增長。高純石英砂、高純硅微粉價格較高 (分別為 46008000 元每噸和 1202018000元每噸 )，其最佳原材料水晶礦價格也非常昂貴，而且原料還比較少。由于我國兩個國家級大型水電站即巖灘水電站、大化水電站建在大化境內(nèi)，總裝容量 161 萬千瓦，一個縣擁有兩座國家級大型水電站，這是全國獨一無二。 (1)利潤豐厚但投資大。企業(yè)在競爭中必將要經(jīng)受行業(yè)洗牌，要想成功生存下來，就要依靠科技進(jìn)步。目前大化和巖灘電站，裝機容量達(dá)到 161 萬每 千瓦，在國內(nèi)絕無僅有，但由于廣西電網(wǎng)電價太高 ( )，而外省有些地區(qū)只有 ，因此廣西競爭成本壓力較大。 目前，我國生產(chǎn)的 4000多噸多晶硅，大部分出口到國外。我國企業(yè)大多采取西門子法生產(chǎn)多晶硅，這種技術(shù)能耗高、成本高、轉(zhuǎn)化率低，如果多晶硅價格下降到每公斤 50美元以下，部分西門子法多晶硅企業(yè)將陷入虧損。 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在內(nèi) 才能有出路 多晶硅光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。 六、當(dāng)代多晶硅制備工藝中的不足及改進(jìn)措施 多晶硅制備工藝中所存在的不足 由以上對多晶硅制備工藝的分析不難看出 ,多晶硅的環(huán)保和清潔生產(chǎn)很重要 ,不能選在人口稠密的地方和旅游區(qū)；多晶硅項目的風(fēng)險大，加工時間長，設(shè)備調(diào)試時間長，花錢多，而且建成后一旦技術(shù)更新跟不上，成本得不到降低，很有可能不被市場接受。美國 MEMCP公司的研究者致力于多晶硅新技術(shù)的研究，采用的是以高純硅烷氣為原料生產(chǎn)粒狀多晶硅 ,而硅烷的生產(chǎn)采用的是一種以四氟化硅為原料的無氯化工藝，是用硅烷進(jìn)行熱分解生成多晶硅。如：德山曹達(dá)的熔融析出法（ VLD 工藝），采用筒狀反應(yīng)爐，析出液體狀硅；瓦克的沸騰床法，采用 FBR 型反應(yīng)器，生成粒狀硅等等，但這些工藝均尚處于研究或試驗階段 。然而多晶硅的核心技術(shù)都在國外，但國外從事多晶硅生產(chǎn)的各個公司都在獨立發(fā)展，形成壟斷。 為滿足多晶硅市場的更大需求這一目標(biāo) ,我國應(yīng)走高科技、大資金、大聯(lián)合的股份制道路，應(yīng)以自力更生為主，適當(dāng)引進(jìn)部分國外先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。 當(dāng)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(dāng)長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。 從反應(yīng)溫度來看 ,新硅烷法生產(chǎn)粒狀多晶硅的分解溫度在 8731073K,而改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的還原溫度在 1353K左右 ,新硅烷法反應(yīng)溫度低。在生產(chǎn)過程中生成過多的副產(chǎn)物，不能充分利用原料、提高了生產(chǎn)成本，且副產(chǎn)物難處理，危險性相當(dāng)高。 首先，應(yīng)當(dāng)鼓勵多晶硅企業(yè)未雨綢繆，革新技術(shù)，加快探索先進(jìn)的冶金物理法制取多晶硅技術(shù)，逐漸淘汰西門子法生產(chǎn)，一方面可以降