【文章內(nèi)容簡介】 注重科研人員的培養(yǎng)及新產(chǎn)品的開發(fā)，其平均研發(fā)投入占年銷售收入的3%。同時，企業(yè)建立了完善的ISO9000質(zhì)量管理體系，實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)引進(jìn)到自主創(chuàng)新、從研究試驗(yàn)到規(guī)模生產(chǎn)的全方位的轉(zhuǎn)變和提升。產(chǎn)學(xué)研合作情況三、項(xiàng)目先進(jìn)性程度分析國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、專利等知識產(chǎn)權(quán)情況分析和國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ) 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀、專利等知識產(chǎn)權(quán)情況分析和國內(nèi)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ) 目前制備太陽能級多晶硅主要采用化學(xué)法和物理法?；瘜W(xué)法包括三氯氫硅氫還原法(即改良西門子法)、硅烷熱分解法和四氯化硅氫還原法；物理法是針對化學(xué)法存在的問題而產(chǎn)生的新興的生產(chǎn)方法，核心技術(shù)主要被德、日、美等少數(shù)幾個國家所掌控，國內(nèi)對物理法的研究尚處試驗(yàn)摸索階段，只有少數(shù)幾家企業(yè)已形成小規(guī)?；a(chǎn)。 自20世紀(jì)60年代,西門子公司開始采用氫還原法的方法來提純和生產(chǎn)高純硅,這種被命名為“西門子法”的多晶硅生產(chǎn)工藝一直延續(xù)至今,奠定了今天的半導(dǎo)體工業(yè)。到了20世紀(jì)末21世紀(jì)初 ,太陽能電池產(chǎn)業(yè)化逐步顯現(xiàn),西門子法憑借其在半導(dǎo)體工業(yè)中的優(yōu)勢,在與半導(dǎo)體有著相似工藝流程的光伏產(chǎn)業(yè)中延續(xù)了霸主地位。目前，改良西門子法為化學(xué)法的主流，約有70%～80%的太陽能級多晶硅項(xiàng)目采用改良西門子法。改良西門子法是實(shí)現(xiàn)物料閉環(huán)生產(chǎn)的規(guī)?；墒旒夹g(shù)，相比較其它化學(xué)法而言，其優(yōu)點(diǎn)主要在于：(1)節(jié)能：由于改良西門子法采用多對棒、大直徑還原爐，可有效降低還原爐消耗的電能；(2)降低物耗：改良西門子法是一個閉路循環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)中的各種物料得到了充分的利用，大大降低了原料的消耗。 然而，改良西門子法中四氯化硅氫化技術(shù)、加壓分離提純技術(shù)和合成尾氣干法回收技術(shù)仍需要進(jìn)一步完善；同時需要開發(fā)出更高效、節(jié)能的還原爐及附屬設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的太陽能級多晶硅產(chǎn)品的高質(zhì)量和穩(wěn)定性；需要研究、設(shè)計(jì)高效、節(jié)能的還原爐反應(yīng)器及供電設(shè)備， 使還原爐反應(yīng)器電耗盡可能降低。 隨著光伏產(chǎn)業(yè)逐步擴(kuò)大,硅材料的需求呈爆發(fā)式增長,同時,因缺料造成多晶硅價格不正常飆漲 ,成為光伏產(chǎn)業(yè)降低生產(chǎn)成本的強(qiáng)大阻力。加之以西門子法為主的高純度多晶硅生產(chǎn)工藝需消耗大量電力，且投資多晶硅廠的資本支出過于龐大 ,上游多晶硅料源生產(chǎn)成本下降空間有限。種種因素,促使低成本的替代性料源是興起。其中,納克納克納克物理法是表現(xiàn)最為突出的一種。 硅烷熱分解法主要由日本小松電子公司和美國聯(lián)合碳化物公司所采用，其中日本小松電子公司的工藝?yán)霉韬辖鸱纸夥ā浠镞€原法、硅的直接氫化法等技術(shù)制取硅烷，將制得的硅烷氣提純后， 通過熱解生產(chǎn)出純度較高的棒狀太陽能級多晶硅。而美國聯(lián)合碳化物公司以四氯化硅、氫氣、氯化氫和工業(yè)硅為原料在流化床高溫高壓下生成三氯氫硅，然后三氯氫硅歧化加氫反應(yīng)生成二氯二氫硅，繼而生成硅烷氣，硅烷經(jīng)精餾提純后進(jìn)入反應(yīng)室，細(xì)小的太陽能級多晶硅硅棒通電加熱至850 ℃以上，硅烷分解，生成的太陽能級多晶硅沉積在硅棒上。硅烷法最大的問題是烷氣是易燃易爆氣體，整個吸附系統(tǒng)以及分解室都必須高度密封，若操作不當(dāng)就會引發(fā)重大事故。 四氯化硅氫還原法利用金屬硅和氯氣反應(yīng)，生成中間化合物四氯化硅，然后用精餾技術(shù)對四氯化硅進(jìn)行提純，再利用高純氫氣在1100～1200℃還原，生成太陽能級多晶硅。四氯化硅氫還原法是早期最常用的技術(shù)，但材料利用率低、能耗大，現(xiàn)在已很少采用。物理法與西門子法的機(jī)理和除雜方式有著很大的不同,西門子法通過分餾的原理對氣體提純,在分餾過程中,所有的雜質(zhì)幾乎全部排除。物理法則是通過冶金包括常規(guī)冶煉、真空熔煉、濕法冶金、定向凝固等的方法將不同的雜質(zhì)采用不同的方式逐一去除,這期間,由于硅未參加反應(yīng),因此將這種方法稱為納克物理法。國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢 制備高純多晶硅的新工藝很多，目前還處于研發(fā)階段，也有部分投產(chǎn)。其中物理法制備高純多晶硅被認(rèn)為是有效降低多晶硅生產(chǎn)成本的技術(shù)之一。物理法制備多晶硅主要是指使用先進(jìn)熔煉制造設(shè)備、通過冶金熔煉的手段制備高純的多晶硅材料，熔煉方法主要有真空熔煉法、等離子束熔煉法、電子束熔煉法等，并輔助以定向凝固、區(qū)域重熔、表面造渣、氣氛控制等各種精煉工藝和手段來制備高純多晶硅。 近年來，日本在使用物理法精煉提純多晶硅方面有了很大的突破，于2000年成功地將工業(yè)級金屬硅精煉成太陽能級多晶硅，打破了原來只有使用西門子法才能夠大量生產(chǎn)多晶硅一統(tǒng)天下的局面，并且大幅度地降低了制造時的耗電量。從2000年開始進(jìn)行中試生產(chǎn)，2004年生產(chǎn)能力已達(dá)到年產(chǎn)800噸。但是其生產(chǎn)技術(shù)仍然處于十分保密階段。 由于物理法低耗、環(huán)保、低成本等的顯著優(yōu)勢，正在成為國內(nèi)外多晶硅提純產(chǎn)業(yè)的主要研發(fā)對象，隨著技術(shù)的不斷成熟，提純能力的不斷提高，物理法將在行業(yè)中顯示出越來越重要的作用，物理法多晶硅產(chǎn)品將占據(jù)越來越大的市場比重。 觀察物理法的發(fā)展趨勢,無外乎兩種方式 第一,替代西門子的方法。即在保證能耗、成本、環(huán)保等要素優(yōu)于現(xiàn)有西門法的前提下,嘗試用各種有效途徑降低雜質(zhì)含量,提高純度,進(jìn)而提供優(yōu)質(zhì)硅材料供應(yīng)現(xiàn)有的太陽能電池生產(chǎn)工藝使用。第二,對物理法工藝的不斷研究，在提純的過程很大程度的降低雜質(zhì)的含量，提升硅的純度，滿足和超越胎壓能級多晶硅的要求。一直以來,國內(nèi)外絕大多數(shù)的物理法探索者走的都是第一條路,畢竟延續(xù)半導(dǎo)體工藝的太陽能電池工藝制程是電池工藝的主流,其生產(chǎn)出的太陽能電池?fù)碛休^高的光電轉(zhuǎn)化效率。目前,全世界的光伏市場整體還主要由政府驅(qū)動。對于太陽能電池消耗的主要市場—?dú)W洲、日本和美國而言,用戶市場的選擇下高轉(zhuǎn)化率的電池更容易獲得訂單。 然而,巨大的中國光伏市場尚未完全開放,光伏產(chǎn)業(yè)真正的商業(yè)循環(huán)還沒開始。光伏發(fā)電想要達(dá)到與常規(guī)能源價格相當(dāng),材料與電池工藝的成本必須同步下降,這已是必然的趨勢。不過,這個目標(biāo)誰將會率先達(dá)到目前來看,下結(jié)論還為時尚早。納克納克納克物理法這個一定意義上帶有“草根”性質(zhì)的生產(chǎn)工藝以及未來與之匹配的太陽能電池生產(chǎn)能否突出重圍,達(dá)到占硅材料一半的份額,時間應(yīng)該不會太短。本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及與國內(nèi)外水平比較 本項(xiàng)目技術(shù)難點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)及與國內(nèi)外水平比較 納克物理法制造多晶硅具有投資少、能耗低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能滿足快速發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的需求。冶金法與改良西門子法的比較如表1所示。表1 冶金法與改良西門子法的比較項(xiàng)目冶金法改良西門子法純度太陽能等級6～7N電子級11N，太陽能級6N～7N生產(chǎn)成本121RMB/kg（大規(guī)模時）316MB/kg（太陽能級、規(guī)?；┩顿Y額（1000噸/年）≥10億元（1000噸/年）電力使用量大規(guī)模時32kWh/kg100～150kWh/kg技術(shù)成熟度中等（改進(jìn)余地大）高（改進(jìn)余地?。? 本項(xiàng)目通過引進(jìn)日本先進(jìn)物理冶煉設(shè)備；與中國科學(xué)共同打造的技術(shù)、工藝，生產(chǎn)6N高純度多晶硅，并在多項(xiàng)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，主要包括脫硼、脫磷、脫金屬雜質(zhì)的創(chuàng)新方法，具體見表2所示。表2 建設(shè)單位新申請專利一覽表技術(shù)類型序號專利技術(shù)名稱專利授權(quán)號或申請?zhí)柖嗑Ч?、電池片制備技術(shù)1一種太陽能級多晶硅的制造方法2一種太陽能級多晶硅脫硼的提純方法3一種太陽能級多晶硅脫磷的提純方法4一種太陽能級多晶硅脫金屬雜質(zhì)的方法5一種太陽能電池片的制造方法 本項(xiàng)目多晶硅生產(chǎn)每公斤電耗為32 KWh左右，大幅低于化學(xué)法生產(chǎn)100~150 KWh/kg的電耗指標(biāo)；由于本項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模相對較小，所以電耗指標(biāo)還未達(dá)到22 KWh/kg的國際先進(jìn)水平。綜合起來，本項(xiàng)目采用物理法生產(chǎn)多晶硅，是一種能耗低、無污染、低成本的先進(jìn)工藝，該技術(shù)的應(yīng)用突破了傳統(tǒng)的改良西門子法，是一種實(shí)現(xiàn)了真正意義上的物理冶金法提純多晶硅技術(shù)。同時通過物理方法分解廢棄物，掩埋甚至可以再利用做成建材（納克納克納克物理法提純后產(chǎn)生的廢棄物可以進(jìn)行物理分解并做成建材，降低多晶硅生產(chǎn)的污染。），不會污染環(huán)境?；谏鲜鰞?yōu)勢，納克物理法多晶硅提取技術(shù)更環(huán)保，更適合缺水、“低碳”發(fā)展的山西。四、項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性和重要性分析項(xiàng)目提出背景、意義及必要性 項(xiàng)目提出背景、意義及必要性 新能源行業(yè)是21世紀(jì)的朝陽行業(yè)，發(fā)展前景十分廣闊。太陽能作為一種可持續(xù)利用的清潔能源，不但具有巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力，而且還具有較高的投資價值。據(jù)世界能源組織（IEA）、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會預(yù)測，至2020年世界太陽能光伏發(fā)電將占總電力的1%， 2040年光伏發(fā)電將占全球總發(fā)電量的20%。預(yù)計(jì)未來20年全球光伏產(chǎn)業(yè)的年增長速度將高達(dá)15%20%。在化石能源保存量逐日銳減和價格節(jié)節(jié)攀升的嚴(yán)峻形式下，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，如美國2000年的“國家光伏計(jì)劃”、2005年能源法案、加州“百萬屋頂計(jì)劃”，歐洲的可再生能源白皮書及伴隨的“起飛運(yùn)動”,日本政府的“太陽能發(fā)電普及行動計(jì)劃”等，都提出了明確的階段發(fā)展目標(biāo)，并取得了顯著成效。在技術(shù)進(jìn)步的推動和逐步完善的法規(guī)政策的強(qiáng)力驅(qū)動下，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時期。我國相繼頒布了《中華人民共和國可再生能源法》、《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（20062020年）》(國發(fā)[2005]44號)、《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》（發(fā)改能源[