【正文】 ,而鐘罩反應(yīng)器的設(shè)計完善使高沉積率得以體現(xiàn)。流程中將 SiCl4 與冶金級硅反應(yīng) ,在催化劑參與下生成 SiHCl3 (見圖 32) 。第一代多晶硅生產(chǎn)流程適應(yīng)于小型多晶硅廠。 2O04年 2月“中硅公司”試驗成功 12對棒多晶硅還原爐，多晶硅長度 2m，直徑達 1O0mm，單爐產(chǎn)量達 1噸 以上，綜合電耗可降低到 3O0kwh。 可再生能源光伏產(chǎn)業(yè)用多晶硅發(fā)展趨勢 根據(jù)目前太陽能電池用的多晶硅應(yīng)用實踐，純度 46N即可滿足要求，用物理提純鑄造多晶硅能夠滿足太陽能電池的需要，技術(shù)正逐步成熟。 進入 2020年，由于多晶硅太陽能電池產(chǎn)能近 5年平均以高達 50的速度增長，使多晶硅缺貨 5850噸 ， 不但消耗了半導(dǎo)體多晶硅的庫存，還使其在近兩年中，達到兩位數(shù)的增長，其中太陽能電池多晶硅的增長是主導(dǎo)因素。日本信越半導(dǎo)體、三菱住友硅等公司表示今后將大幅增加生產(chǎn) 300mm硅片的設(shè)備，夏普、京瓷等太陽電池廠家也計劃增加太陽電池產(chǎn)能，因此多晶硅供應(yīng)將持續(xù)緊張。預(yù)計多晶硅生產(chǎn)企業(yè)擴產(chǎn)后的產(chǎn)量，仍然滿足不了快速增長的需要。此外，江蘇中能 1500噸多晶硅生產(chǎn)線已經(jīng)基本建成。 一 、多晶硅的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 多晶硅是集冶金、化工、自動控制、電子學(xué)以及環(huán)保工程等學(xué)科為一體的工業(yè)化產(chǎn)業(yè)。 多 晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài) ,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。 2020 — 2020 學(xué)年 第 一 學(xué)期 畢業(yè)設(shè)計（論文） （課程設(shè)計） 課題 名稱： 多晶硅 生產(chǎn)工藝的發(fā)展 設(shè)計時間： ～ 系 部 ： 化 學(xué) 工 程 系 班 級 ： 0703 應(yīng)化 答 辯 情 況 答辯教師： 年 月 日 評 語 成 績 評 定 指導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體用多晶硅技術(shù)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(shù)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(dǎo)熱油循環(huán)冷卻還原爐工藝技術(shù) ................................. 19 還原尾氣的干法回收技術(shù) ....................................... 19 四氯化硅（ SiCl4）氫化反應(yīng)技術(shù) ................................ 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(zhuǎn)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(dāng)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(jié)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(yīng)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(shù)產(chǎn)業(yè)，是各地戰(zhàn)略投資者高度關(guān)注和爭相搶占的競爭制高點。 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 。多晶硅材料是以金屬硅為原料 經(jīng)一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎(chǔ)材料 。預(yù)計：在 2020年底，國內(nèi)多晶硅設(shè)計產(chǎn)能將達到 5060噸左右。 我國的多晶硅伴隨著整個硅材料工業(yè)起步于 20世紀(jì) 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。多晶硅廠家一直將向半導(dǎo)體供應(yīng)作為重點，而限制向太陽電池的供應(yīng)，這樣有可能限制太陽電池的發(fā)展。為了適應(yīng)半導(dǎo)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。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。 20O7年 4月，科技部組織行業(yè)內(nèi)知名專家對洛陽中硅高科技有限公司承擔(dān)的國家 863課題一 24對棒多晶硅還原爐裝置技術(shù)研究，進行現(xiàn)場測試和驗收?；厥障到y(tǒng)回收 H2 、 HCl、 SiCl4 和 SiHCl3 。其反應(yīng)式為 : 3SiCl4+Si+2H2 → 4SiHCl3 (3) 式 (3)應(yīng)在高壓下進行 ,例如 500℃的溫度。反應(yīng)器的體積加大 ,硅芯 【 9】 根數(shù)增多 ,爐壁溫度在≤ 575℃的條件下盡量提高；多硅芯溫度均勻一致 (1100℃ ),氣流能保證多硅棒均勻迅速地生長 ,沉積率已由 1960年的 100g/h提高到 1988年的 4kg/h,現(xiàn)在已達到 5kg/h,數(shù)十臺反應(yīng)器即可達到千噸級的年產(chǎn)量。要想提高爐筒壁的溫度，就要設(shè)法提高爐筒壁冷卻介質(zhì)的溫度。在 4 種方法中它的沉積速率最高 ,可達 810um/min。 盡管硅有著廣泛的用途，但潛力最大、最有前景的應(yīng)用領(lǐng)域仍是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)。由于生產(chǎn)多晶硅的電價成本 【 14】 占生產(chǎn)總成本的 40%，因此像廣西這樣的偏遠地區(qū)就顯得更為適合投產(chǎn)這類產(chǎn)品。 光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將帶動其上游行業(yè) 硅礦采掘的發(fā)展機遇，然而其資源的稀缺性成為資源開發(fā)的焦點。而且，隨著國際市場空間的日趨飽和，太陽能電池生產(chǎn)廠商的利潤空間正從高點開始下滑。一些業(yè)內(nèi)人士悲觀地估計， 2020年我國的多晶硅生產(chǎn)可能面臨供大于求的風(fēng)險。寧夏發(fā)電集團提出，在現(xiàn)階段國家應(yīng)該采取補貼電價模式，堅決鼓勵建設(shè)光伏電站，減免增值稅，在并網(wǎng)發(fā)電上予以支持。電耗成本是多晶硅生產(chǎn)的主要成本 ,一般占生產(chǎn)成本的 20%40%,所以從電耗指標(biāo)來看 ,粒狀多晶硅生產(chǎn)同西門子法生產(chǎn)多晶硅相比 ,成本上有明顯的優(yōu)勢。 30 參考文獻 [1] 梁駿吾， 興建年產(chǎn)一千噸電子級多晶硅工廠的思考 [J ] . 中國工程科學(xué) , 2020 , 2 (6) : 33 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最后，在推動并網(wǎng)光伏電站建設(shè)的同時，鼓勵城鄉(xiāng)屋頂戶用光伏發(fā)電并網(wǎng)計劃。一些企業(yè)認為，目前我國多晶硅產(chǎn)業(yè)嚴(yán)重依賴歐美市場，這種以出口拉動型的產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點可能在未來一段時間內(nèi)受到嚴(yán)峻考驗。 (5)電價政策限制。這個計劃一旦實現(xiàn)，地處大石山區(qū)的廣西大化將有可能成為未來中國西南地區(qū)的硅都，中國新興的硅工業(yè)基地。硅礦 (硅砂 )是以二氧化硅 (石英 )為主要成分的礦物資源，其主要類型有：脈石英、石英砂、石英砂巖、石英巖 (硅石 )、石英質(zhì)礫石及硅藻土等。太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。沉積溫度為 1100℃ ,僅次于SiCl4(1200℃ ) ,所以電耗也較高 ,為 120kWh/kg。人們通過探討，采用了導(dǎo)熱油作為還原爐的冷卻介質(zhì)，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(dǎo)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。 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。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(yīng)。反應(yīng)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。 三 、多晶硅生產(chǎn)流程的發(fā)展 15 當(dāng)前多晶硅在發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)方面已被擺到越來越突出的