【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，實現(xiàn)了從技術(shù)引進(jìn)到自主創(chuàng)新、從研究試驗到規(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目采用改良西門子法。改良西門子法是實現(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?、氫化物還原法、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—歐洲、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。本項目技術(shù)創(chuàng)新點及與國內(nèi)外水平比較 本項目技術(shù)難點、創(chuàng)新點及與國內(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，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)余地小） 本項目通過引進(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，并在多項技術(shù)上實現(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琛㈦姵仄苽浼夹g(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。基于上述優(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、項目立項的必要性和重要性分析項目提出背景、意義及必要性 項目提出背景、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“國家光伏計劃”、2005年能源法案、加州“百萬屋頂計劃”，歐洲的可再生能源白皮書及伴隨的“起飛運動”,日本政府的“太陽能發(fā)電普及行動計劃”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[