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多晶硅:多种工艺路线“斗法”

文章来源:中国电子报 | 发布日期:2010-01-27 | 作者:诸玲珍 冯晓伟 | 点击次数:

特邀嘉宾

苏州阿特斯阳光电力科技有限公司副总裁 李本成

洛阳中硅高科技有限公司副总经理 严大洲

英利集团首席战略官 马学禄

赛维LDK太阳能有限公司总裁兼首席运营官 佟兴雪

四川新光硅业科技有限公司总经理 陈绍章

江苏顺大电子材料科技有限公司总经理 吴金宏

上海普罗新能源有限公司总裁 史珺

广州吉必盛科技实业有限公司董事长 王跃林

西安隆基硅材料股份有限公司董事长 李振国

编者按:

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。[NextPage]

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,

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