多晶硅：多种工艺路线“斗法”

多晶硅：多种工艺路线“斗法”

西门子法、硅烷法、冶金法、流化床法、VLD(汽液沉积)法……在多晶硅生产领域，形形色色的工艺路线让人眼花缭乱。究竟哪种工艺更具竞争力，哪种工艺的未来更被看好？我们请业内专家对不同工艺路线的优势、劣势以及发展前景作了解读。
    记者观点
    改良西门子法需突破能耗瓶颈
    用改良西门子法生产多晶硅是经过产品质量、安全、成本、大规模生产等多种因素比较后生存下来的工艺路线，是目前多晶硅生产的主流工艺。但是，在用该工艺生产多晶硅的过程中，三氯氢硅还原电耗较高，用传统方法对副产品四氯化硅进行氢化的电耗也很高，造成多晶硅成本居高不下。
    面对新工艺的挑战，采用改良西门子法的企业只有加大技术创新的力度，大幅降低生产能耗，才能维持其主流地位。
    改良西门子法：仍居主流地位
    ·改良西门子法短期内不会被取代。
    ·国内企业还原电耗已接近国际先进水平。
    王跃林
    晶体硅太阳能电池在未来10年内仍将占据硅系太阳能电池的主要份额，而改良西门子法在短期内同样还是生产多晶硅的主要工艺路线。
    国外几大多晶硅巨头使用的是该方法，全世界已实现的多晶硅产能和产量也绝大部分是采用该方法。国内多晶硅项目除个别企业外同样采用的是改良西门子法。从化学反应的角度来看，该工艺的确属于效率比较低的化学沉积反应过程，成本必然偏高。降低改良西门子法生产工艺成本的关键，在于大大降低综合能耗，高效循环利用硅元素和氯元素，减少系统对外排放的四氯化硅和盐酸副产物，这也是多晶硅产业提高竞争力的关键所在。
    严大洲
    改良西门子法是经过“产品质量、安全、成本、大规模生产”等多种因素比较后生存下来的方法，是目前的主流技术，得到全世界认可。
    严格来讲，目前多晶硅产业化生产只有改良西门子法和硅烷法，流化床只是多晶硅沉积过程中的一个装置而已，它所用的原料可以是硅烷，也可以是三氯氢硅，不宜单称为一种方法。
虽然改良西门子法还有许多需提高的地方，但该方法仍将是多晶硅生产的主流技术。
    李本成
    应该说，目前全球光伏产业所需的多晶硅主要还是由西门子法多晶硅供应。
    西门子法制备多晶硅的工业化生产已在全球进行了半个多世纪，其主要特点是工艺成熟、稳定、产品纯度高、技术进步快。近年来，在旺盛的市场需求驱动下，也有不少企业尝试用流化床法、硅烷法、冶金法制备太阳能级硅原料，但是大多还没有达到大规模工业化的水平，而且其产品质量及质量的稳定性也没有达到西门子法的水平，目前还没有能够取代西门子法多晶硅的迹象，我估计在未来20-30年里都不可能取代西门子法多晶硅。
    目前，我国已有部分用改良西门子法生产多晶硅的企业达到了还原电耗80千瓦时/千克多晶硅的水平，这已经与国际水平相差无几了。
    李振国
    对使用改良西门子法生产多晶硅的工艺而言，仅就还原电耗来讲，目前已有设备供应商承诺可以满足低于60千瓦时/千克的要求。
    吴金宏
    西门子法与新兴的工艺谁会最终生存，要看市场对光伏多晶硅的需求量和科研力度的投入。
    目前，多晶硅的主要制备技术是西门子法，占多晶硅市场份额的90%左右，鉴于其成本高、能耗高的缺点，人们又相继开发了流化床法、硅烷法、冶金法等不同的工艺。
    有需求才会带动新技术的研发，才有可能出现取代西门子法的新工艺；只有新兴的工艺成本低、污染低且安全系数较高，它才能生存。
    陈绍章
    与国际上多晶硅巨头相比，中国企业的劣势在于生产过程中的能耗、物耗较大，这就导致成本方面的问题比较突出。另外，多晶硅产品的质量也是不容忽视的问题。
    记者观点
    利用新硅烷法打造高端硅产业链
    不久前，我国企业的新硅烷法生产线试产成功，在能耗、成本和环保方面取得了突破性进展，这标志着我国的高纯多晶硅生产取得了重大进展，将影响中国的光伏产业、电子信息产业和以高纯硅为起点的高端硅产业链。如果新硅烷法工艺能成功实现量产，这不仅可为我国光伏产业提供高质量的多晶硅，还将为我国实力薄弱的功率半导体器件产业提供基础原材料。
    硅烷法：瞄准高纯度多晶硅
    ·硅烷法优势是可以得到超高纯多晶硅。
    ·安全隐患应多加防范。
    马学禄
    与改良西门子法相比，新硅烷工艺有四大特点。
    第一是原材料不同。改良西门子法的原材料是纯度为99%的工业硅，从自然界的二氧化硅(石英砂)到工业硅，还需要经过一个高能耗的冶炼过程；而新硅烷工艺用资源丰富的二氧化硅为原料，省去了将石英砂熔炼为工业硅的过程。
第二是能耗低。新硅烷工艺的能耗远远低于改良西门子工艺，综合电耗可低于75千瓦时/千克。第三是成本低。新硅烷工艺的成本也远远低于改良西门子工艺，目前成本可低于28美元/千克。第四是最终产品不同。用改良西门子工艺将产生高纯硅和四氯化硅两种产品，四氯化硅会对环境造成污染，处理过程比较复杂；用新硅烷工艺除了产生高纯硅以外，还将产生硫酸盐，而硫酸盐是常规的化工原料，没有污染。
    吴金宏
    硅烷法与改良西门子法接近，只是中间产品不同。改良西门子法的中间产品是SiHCl3，而硅烷法的中间产品是SiH4，将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法的优点是：多晶硅产品纯度高，适用于区熔生长高阻单晶硅，硅烷分解转化率高达99%，副产物少。其缺点是：第一，在工艺硅烷合成时，每一步骤的转换效率都比较低，而且要多次循环，所以能耗较高；第二，微细粒硅粉尘较多；第三，该方法为了降低气相成核的几率以减少硅粉尘，在反应室内引入许多冷却筒，结果其能耗高于西门子法，达到140千瓦时/千克。日本小松公司曾采用过此技术，但由于发生过严重的爆炸事故，后来就没有继续推广了。
    严大洲
    硅烷法最大优势是可以得到超高纯多晶硅。采用硅烷法的公司多利用特有原料优势生产硅烷，硅烷来源各不相同。硅烷最大的问题是极易爆炸，操作不当会引发重大事故。硅烷分解温度低，但硅烷多晶硅生长速度慢，易形成无定型晶硅，加上使用金属钠、金属铝、氢气等原料，综合电耗和投资并无太大优势，生产成本优势有待生产实际运行考核。
    在充分考虑安全的前提下，我国建设一条年产能为1000吨-2000吨的多晶硅工厂是必要的。
    佟兴雪
    中国的多晶硅企业大部分是以太阳能级为目标来设计的工厂，在半导体领域竞争对于质量的要求是很重要的，目前我们国家的许多质量标准还达不到国外的质量标准。换句话说，我们还不能完全满足国外半导体或电子行业对于质量的要求，所以说将来要想走向国际市场，除了成本之外，我觉得最重要的是质量问题。
    记者观点
    冶金法应在工艺和设备方面继续探索
    多晶硅在前几年的“天价”让业界对低成本的冶金硅热情高涨，但其纯度和质量稳定性也着实令人揪心。
    要解决目前冶金法多晶硅的纯度不够高和质量不够稳定的问题，应当在工艺和设备方面继续探索，这就要求国内研究冶金法多晶硅的企业、高校和科研机构能够进行产业内的合纵连横，实行产学研结合，形成一条最合理的技术路线，各家共同得益，这样，就可以大大加快冶金法最终解决问题的速度。
    冶金法：把低成本优势发挥到极致
    ·冶金法多晶硅非常有潜力。
    ·装备和工艺拖了后腿。
    闻立时
    用冶金法生产多晶硅是一个非常有发展潜力的领域，特别是它的低成本更为引人注目。
有人提出冶金法冶炼的温度很高，似乎很难做到节能。其实，从上世纪50年代开始，冶金工艺就走上了动力学的道路，也就是说加工过程不是静态的，而是很快速的。尽管其加工温度高，但由于其加工时间很短，因此综合能耗相对较低。冶金法虽有了些好的苗头，但其装备和工艺都还比较落后。目前不少企业采用冶炼后产品加酸洗的技术，导致环境污染和成本偏高等问题。
    吴金宏
    冶金法的主要工艺是：将工业硅进行水平区熔单向凝固成硅锭，除去硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中除去硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，之后除去第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中除去磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。冶金法投资少，成本低，污染和安全的问题少，有自主知识产权，经过努力其纯度可以满足制备太阳能电池的要求，但目前工艺尚不成熟、没有现成的完整设备，纯度较低，产品质量不稳定。
    史珺
    由于成本低、投资少以及环境友好，冶金法多晶硅成为光伏电池的首选，只是一个时间问题。
    冶金法多晶硅虽然目前还没有站到台前，但用冶金法多晶硅生产的多晶硅太阳能电池转换效率已经达到14.5%，单晶硅太阳能电池转换效率更是达到15.5%-17%。虽然还没有达到西门子法多晶硅的水平，但各企业中试产品的进步速度远快于早期西门子法的发展速度。
    目前，用冶金法生产太阳能级多晶硅的大规模产业化仍存在一些问题。首先是多晶硅产品的纯度问题，用冶金法生产的多晶硅纯度约为4个9到6个9，杂质含量仍偏高，尚未完全达到太阳能级；其次，目前工艺与设备还不尽完善，这将对产能、质量及稳定性有所影响；此外，在该领域，国内没有权威的、服务方便的、收费合理的检测机构，分析仪器昂贵、测试量和权威性不够，对研发造成困难甚至误导。（来自网络）