畢業(yè)論文---多晶硅生產(chǎn)工藝的發(fā)展

1、<p>　　2009 — 2010 學(xué)年</p><p><b>　　第 一 學(xué)期</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　?。ㄕn程設(shè)計）</b></p><p>　　課題名稱： 多晶硅生產(chǎn)工藝的發(fā)展 <

2、;/p><p>　　設(shè)計時間： 2009.11.23～2009.12.10 </p><p>　　系 部： 化 學(xué) 工 程 系 </p><p>　　班 級： 0703應(yīng)化 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

3、<b>　　引言3</b></p><p>　　一、多晶硅的現(xiàn)狀及發(fā)展前景4</p><p>　　1.1多晶硅的應(yīng)用5</p><p>　　1.2多晶硅在我國的發(fā)展5</p><p>　　1.3 全球多晶硅的發(fā)展7</p><p>　　二、多晶硅產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展趨勢10</p>

4、<p>　　2.1多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能發(fā)展分析10</p><p>　　2.2 多晶硅生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢12</p><p>　　2.2.1半導(dǎo)體用多晶硅技術(shù)及發(fā)展趨勢12</p><p>　　2.2.2 可再生能源光伏產(chǎn)業(yè)用多晶硅發(fā)展趨勢13</p><p>　　2.2.3 國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢14</p>

5、<p>　　三、多晶硅生產(chǎn)流程的發(fā)展14</p><p>　　3.1 SiCl4 法制備第一代多晶硅15</p><p>　　3.2 SiH2Cl2 法制備第二代多晶硅16</p><p>　　3.3 SiHCl3法制備第三代多晶硅17</p><p>　　3.4改良西門子法制備多晶硅18</p><

6、;p>　　3.4.1 大型多晶棒節(jié)能型還原爐19</p><p>　　3.4.2 導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻還原爐工藝技術(shù)19</p><p>　　3.4.3 還原尾氣的干法回收技術(shù)19</p><p>　　3.4.4 四氯化硅（SiCl4）氫化反應(yīng)技術(shù)20</p><p>　　3.5 SiHCl3 法的探討21</p>

7、<p>　　五、我國多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)面臨三大困境24</p><p>　　5.1 金融危機(jī)使多晶硅產(chǎn)業(yè)急轉(zhuǎn)直下24</p><p>　　5.2 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨三大困境25</p><p>　　5.3 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在內(nèi)"才能有出路26</p><p>　　六、當(dāng)代多晶硅制備工藝中的不足及改進(jìn)措施

8、26</p><p>　　6.1 多晶硅制備工藝中所存在的不足26</p><p>　　6.2 改進(jìn)措施27</p><p><b>　　七、結(jié)束語28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p>　　多晶硅生產(chǎn)工藝的發(fā)展</p

9、><p><b>　　侍昌蕾 </b></p><p><b>　　0703應(yīng)用化工</b></p><p>　　[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。由于多晶硅供應(yīng)緊張，世界各多晶硅廠家計劃2008年以后大幅增加多晶硅產(chǎn)能。本文將系統(tǒng)分析了國內(nèi)外多晶

10、硅產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，以及多晶硅企業(yè)的產(chǎn)業(yè)投資發(fā)展趨勢。結(jié)果表明，世界太陽能多晶硅光伏電池產(chǎn)業(yè)已向中國轉(zhuǎn)移，世界多晶硅產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了向中國轉(zhuǎn)移的趨勢，中國多晶硅產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)機(jī)遇與風(fēng)險并存的現(xiàn)象。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]多晶硅 光伏產(chǎn)業(yè) 投資風(fēng)險 </p><p>　　The development of polysilicon production technol

11、ogy</p><p>　　Shi Chang-Lei</p><p>　　0703 Applied Chemical Industry</p><p>　　Abstract: Silicon material industry is encouraged by the state has broad prospects for the development of

12、 high-tech industry, is a high degree of concern and around the strategic investors scramble to seize the high ground of competition. As the polysilicon supply, the world's polysilicon manufacturers plan in 2008 afte

13、r a substantial increase in polysilicon capacity. This article describes the systematic analysis of the polysilicon industry, domestic and international technology development sta</p><p>　　Key words:Polysili

14、con，Photovoltaic Industry，Investment Risk </p><p><b>　　引言</b></p><p>　　能源是人類社會賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要資源。長期以來，化石能源的大規(guī)模開發(fā)利用，不但迅速消耗著地球億萬年積存下的寶貴資源，同時也帶來了氣候變化、生態(tài)破壞等嚴(yán)重的環(huán)境問題，直接威脅著人類的可持續(xù)發(fā)展。隨著

15、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類對可再生能源尤其是風(fēng)能、太陽能、水能等新型可再生能源的認(rèn)識不斷深化。太陽能作為取之不盡的可再生能源，其開發(fā)利用日益受到世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家的高度重視，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，技術(shù)水平逐步提高，成為世界能源領(lǐng)域的一大亮點，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。</p><p>　　隨著鑄造多晶硅技術(shù)的發(fā)展以及多晶硅的普遍使用，多晶硅太陽電池已經(jīng)成為21世紀(jì)光伏市場的主力軍。各國都在十分保密的情況下發(fā)展各

16、自的技術(shù)，國外有人曾說參觀一個多晶硅工廠甚至比參觀一個核工廠還要難, 可見其保密性之嚴(yán)。硅材料產(chǎn)業(yè)是我國鼓勵發(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。</p><p>　　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。</p><p&g

17、t;　　多晶硅具有灰色金屬光澤，熔點為1410℃、沸點為2355℃、密度為2.32～2.34，溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質(zhì)脆，切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導(dǎo)體性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導(dǎo)電性。</p>

18、;<p>　　多晶硅按純度分類主要可以分為冶金用硅、太陽能級、電子級。冶金用硅是硅的氧化物在電弧爐中被碳還原而成，一般純度為97%～99.3%，最高可達(dá)99.8%以上。電子級硅一般要求純度高于99.9999%以上，高于99.9999999%～99.999999999%（一般稱9個9至11個9），其導(dǎo)電性介于10-4～1010歐厘米。太陽能級多晶硅純度介于冶金級硅與電子級硅之間，至今未有明確界定。一般認(rèn)為純度在99.9999

19、%左右。高純多晶硅由于具有許多優(yōu)良特性而成為微電子和太陽能電池的關(guān)鍵性材料，是其他材料難以替代的重要戰(zhàn)略資源。面對當(dāng)前世界性傳統(tǒng)能源枯竭和石油價格持續(xù)攀升的形勢，太陽能作為可再生的潔凈能源受到了世界各國的高度重視。近幾年，由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致了高純多晶硅的嚴(yán)重脫銷和價格暴漲，制約了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，大力發(fā)展太陽能高純多晶硅的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，成為了新的競爭趨勢。</p><p>　　一、多

20、晶硅的現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p><p><b>　　1.1多晶硅的應(yīng)用</b></p><p>　　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(dá)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

21、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(jī)、錄音機(jī)、電冰箱、彩電、錄像機(jī)、電子計算機(jī)等的基礎(chǔ)材料。多晶硅是單晶硅及硅片產(chǎn)品的唯一原料，用多晶硅加工制成的硅片(硅拋光片、太陽能級硅片)主要用于制作集成電路、整流元件、功率晶體管、分立器件、探測器、太陽能電池等半導(dǎo)體器件。多晶硅主要用于生產(chǎn)單晶硅和衛(wèi)星太陽能電池。單晶硅即硅半導(dǎo)體是多晶硅的衍生產(chǎn)品，是制造集成電路和電子元件的優(yōu)質(zhì)材料。多晶硅是半導(dǎo)體【1】工業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、太陽能光

22、伏電池產(chǎn)業(yè)的最主要、最基礎(chǔ)的功能性材料，多晶硅太陽能電池生產(chǎn)需要多晶硅材料，集成電路用硅單晶生產(chǎn)同樣需要多晶硅，其重要性不言而喻。目前，硅光伏電池占世界光伏電池總產(chǎn)量的98%以上，其中多晶硅電池約55%，單晶硅電池約占36%，其它硅材料電池約占70%。由于多晶硅光伏電池的制造成本較低，光</p><p>　　1.2多晶硅在我國的發(fā)展</p><p>　　太陽能做為一種清潔能源，對我國的可持

23、續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重大意義。多年來我國多晶硅國內(nèi)市場需求主要依靠進(jìn)口解決。尤其是近年來全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速，國內(nèi)外多晶硅市場嚴(yán)重供不應(yīng)求，價格暴漲。2006年國內(nèi)消費多晶硅近5000噸，其中用于電子級多晶硅約700噸，其余為太陽能級多晶硅，而當(dāng)年國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量僅260噸，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。由于多晶硅原料短缺，目前國內(nèi)很多硅片企業(yè)產(chǎn)能難以得到發(fā)揮，如我國洛陽麥斯克單晶硅廠，因國外多晶硅廠限制供應(yīng)電子級多晶硅原料，產(chǎn)量只是正常產(chǎn)能的50

24、% 。國內(nèi)太陽能電池生產(chǎn)廠因缺乏硅片，產(chǎn)能僅發(fā)揮30%左右。</p><p>　　在2007年6月底，國內(nèi)多品硅產(chǎn)能約為2460噸，其中，洛陽中硅1000噸、峨嵋廠200噸、四川新光硅業(yè)公司1260噸。此外，江蘇中能1500噸多晶硅生產(chǎn)線已經(jīng)基本建成。預(yù)計：在2007年底，國內(nèi)多晶硅設(shè)計產(chǎn)能將達(dá)到5060噸左右?？紤]到多晶硅生產(chǎn)技術(shù)掌握難度較大，達(dá)產(chǎn)緩慢，屆時產(chǎn)量估計在900噸左右，主要以太陽能級多晶硅為主，電子

25、級多晶硅不足200噸。</p><p>　　在多晶硅生產(chǎn)技術(shù)方面，改良西門子法的生產(chǎn)能力占世界多晶硅生產(chǎn)能力的78%。改良西門子法是在傳統(tǒng)西門子工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其特點是采用閉路循環(huán)工藝流程，電耗及物耗低，在國外該法已全部取代傳統(tǒng)西門子法。</p><p>　　1999年，我國四川峨嵋廠與原北京有色設(shè)計研究總院共同開發(fā)的年產(chǎn)100噸改良西門子法多晶硅工業(yè)試驗線取得成功，2000年1月通

26、過了專家鑒定。依托該技術(shù)，2006年峨嵋廠多晶硅生產(chǎn)能力擴(kuò)建到200噸；洛陽中硅于2005年10月建成了一條年產(chǎn)300噸多晶硅生產(chǎn)線，并于當(dāng)年11月投產(chǎn)，2007年擴(kuò)建到1000噸。</p><p>　　作為國內(nèi)自行開發(fā)的工藝技術(shù)，與過去采用的傳統(tǒng)技術(shù)相比，無論從規(guī)模、還是消耗指標(biāo)上，都有很大進(jìn)步。如洛陽中硅新投產(chǎn)運行的年產(chǎn)700噸生產(chǎn)線，產(chǎn)品主要介于國標(biāo)1級品與2級品之問；還原直接電耗為170．59kWh／kg

27、多品硅(傳統(tǒng)電耗為400～500kWh)。國內(nèi)在大型還原爐、加壓精餾提純、尾氣凈化回收等多晶硅生產(chǎn)技術(shù)方面基本取得了成功。</p><p>　　此外，采用其他方法提純多晶硅也已經(jīng)取得了進(jìn)展，如河南“方城物理法”【2】、錦州石英玻璃廠化學(xué)物理提純法等已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化。</p><p>　　我國集成電路的增長，硅片生產(chǎn)和太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大大帶動多晶硅材料的增長。太陽能電池用多晶硅按每生產(chǎn)1

28、MW多晶硅太陽能電池需要11－12噸多晶硅計算，我國2004年多晶、單晶太陽能電池產(chǎn)量為48.45MW，多晶硅用量為678噸左右，而實際產(chǎn)能已達(dá)70MW左右，多晶硅缺口達(dá)250噸以上。到2005年底國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)能達(dá)到300MW，實際能形成的產(chǎn)量約為110MW，需要多晶硅1400噸左右，預(yù)測到2010年太陽能電池產(chǎn)量達(dá)300MW，需要多晶硅保守估計約4200噸，因此太陽能電池的生產(chǎn)將大大帶動多晶硅需求的增加。</p>&

29、lt;p>　　2005年中國太陽能電池用單晶硅企業(yè)開工率在20%-30%，半導(dǎo)體用單晶硅企業(yè)開工率在80%-90%，都不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，主要原因是多晶硅供給量不足所造成的。預(yù)計多晶硅生產(chǎn)企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)后的產(chǎn)量，仍然滿足不了快速增長的需要。</p><p>　　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。由于這些廠都采用的

30、是傳統(tǒng)的西門子法，技術(shù)水平低、生產(chǎn)規(guī)模小、各種消耗指標(biāo)高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、污染環(huán)境嚴(yán)重，加之生產(chǎn)成本逐年增加等原因，多數(shù)生產(chǎn)廠難以維持生產(chǎn)，以至倒閉。我國的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)由于投資大、配套原料難、技術(shù)難度大等限制，發(fā)展相當(dāng)緩慢，無論是技術(shù)水平還是生產(chǎn)規(guī)模上均與世界先進(jìn)水平有很大的差距，產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的0.3%-0.5%，電子工業(yè)所需的多晶硅目前主要依賴進(jìn)口，進(jìn)口多晶硅價格一直居高不下，嚴(yán)重影響了我國信息產(chǎn)業(yè)和太陽能利用的發(fā)展。直至20

31、00年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量略有增長，估計為60噸左右；2001年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量持續(xù)增長，達(dá)80-100噸。國內(nèi)多晶硅用量的80%以上仍需要從國外進(jìn)口。全球光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)高速發(fā)展，多晶硅供應(yīng)一度緊張！當(dāng)前多晶硅可謂炙手可熱，價格攀升高企，采購訂單排到5年之后。全球主要中下游硅片、電池片、組件廠商均有大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)計劃，掌控多晶硅生產(chǎn)供應(yīng)的上游廠商也在加緊投資擴(kuò)產(chǎn)。2005年3月我國正式頒布了《中華人民共和國可</p><p&g

32、t;　　1.3 全球多晶硅的發(fā)展</p><p>　　當(dāng)前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在90%以上,而且在今后相當(dāng)長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場壟斷的狀況。在世界各國，尤其是美、日、德等發(fā)達(dá)國家先后發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏工

33、業(yè)近年來保持著年均30%以上的高速增長，全球目前多晶硅缺口在6000噸左右【3】。</p><p>　　據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2004年半導(dǎo)體用多晶硅需求1.9萬噸，太陽電池用8000噸，合計2.7萬噸。供需基本平衡。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。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

34、應(yīng)，這樣有可能限制太陽電池的發(fā)展。2005年全球多晶硅產(chǎn)能達(dá)到3萬噸，比2004年增加了4%。半導(dǎo)體用多晶硅需求增加了5%,為2萬噸左右。太陽能電池用多晶硅需求占產(chǎn)量的50%以上。至2007年，多晶硅產(chǎn)能將比2005年的3萬噸增加5000噸。其中半導(dǎo)體用2.1萬噸，太陽電池用1.4萬噸。由于多晶硅供應(yīng)緊張，世界各多晶硅廠家計劃2008年以后大幅增加多晶硅產(chǎn)能。世界幾家大型多晶硅廠家2005年和2006年的生產(chǎn)情況如表1-1所示：<

35、/p><p>　　表1-1 世界各大多晶硅廠家2005年和2006年的生產(chǎn)情況</p><p>　　一種產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展與它所能取得的利潤有密不可分的關(guān)系。里昂證券亞洲公司（CLSA）對近年來光伏產(chǎn)業(yè)平均稅前利潤的進(jìn)行了統(tǒng)計和分析，各環(huán)節(jié)的稅前利潤率對比狀況如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1：全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈平均稅前利潤率分布狀況</p><

36、p>　　由圖1-1，我們不難看出2005年至2007年期間在全球的光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，多晶硅所占的平均稅前利潤率一直要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅片電池片等，里昂證券亞洲公司（CLSA）根據(jù)詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析預(yù)測得出2008-2010年間，全球光伏產(chǎn)業(yè)的平均稅前利潤率約為20%-25%，其中多晶硅料的稅前利潤率約為35%-50%遠(yuǎn)高于硅片、電池片及組件等中下游環(huán)節(jié)的稅前利潤率（10%-15%）。在全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈金字塔結(jié)構(gòu)分布下，控制著多晶硅生產(chǎn)與供應(yīng)的幾大廠

37、商享受著令中下游廠商們羨慕的利潤率。</p><p>　　在近幾年的報告中顯示化石型能源保存量逐日銳減和價格節(jié)節(jié)攀升的嚴(yán)峻形勢。太陽能為“取之不盡、用之不竭”的可再生能源，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，提出了明確的發(fā)展階段目標(biāo)如：表1-2。據(jù)世界能源組織（IEA）預(yù)測至2020年世界光伏發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的10%，2040年占總發(fā)電量的20%。</p><p>　

38、　表1-2 世界主要光伏產(chǎn)業(yè)地區(qū)發(fā)展目標(biāo)</p><p>　　根據(jù)調(diào)查專家預(yù)測，光伏發(fā)電將超過核電成為最重要的基礎(chǔ)能源之一，而多晶硅是光伏產(chǎn)業(yè)的重要部分，故而多晶硅技術(shù)的研究是當(dāng)前世界最為關(guān)注的！</p><p>　　二、多晶硅產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展趨勢</p><p>　　2.1多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能發(fā)展分析</p><p>　　目前，全世界每年消耗約5萬t

39、多晶硅，受2O世紀(jì)8O、9O年代間和l997～2003年兩次嚴(yán)重的供大于求的影響，半導(dǎo)體多晶硅產(chǎn)能曾經(jīng)嚴(yán)重過剩，2O00年庫存高達(dá)近6000噸，過剩高達(dá)9960噸【4】，使多晶硅國際市場價大幅度下滑，曾經(jīng)一度跌到直徑20-65 mm 的多晶料降至20多美元每千克，直徑65-15O mm多晶材料降至28美元每千克，太陽能多晶料低達(dá)9美元每千克。2OO2年(半導(dǎo)體用量占75.68%、太陽能用量占24.32%)多晶硅還總過剩0.635萬噸。&

40、lt;/p><p>　　進(jìn)入2005年，由于多晶硅太陽能電池產(chǎn)能近5年平均以高達(dá)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(dá)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。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2-1。</p><p>　　表2-1 國外主要多晶硅生產(chǎn)商2OO5～2O1O年產(chǎn)量及預(yù)測&l

41、t;/p><p>　　經(jīng)專家和《光伏雜志》測算，世界2007～2O1O年太陽能電池產(chǎn)能組成如表2-2，可測算太陽能電池的多晶硅需求量。</p><p>　　表2-2 世界2OO7—2O1O太陽能電池產(chǎn)能組成預(yù)測</p><p>　　由于技術(shù)進(jìn)步世界單位太陽電池耗硅量逐年降低，2O08年耗硅量約8.5t/mw，2010年這一數(shù)據(jù)將下降到7.2t/mw。由此可測算出201O

42、年需求太陽電池多晶硅需求量為6555O噸?？紤]電子多晶硅的需求37300噸，總需求為10285O噸。這只是一個保守的估計，因為實際2OO7年全世界太陽能電池的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到4000mwp。</p><p>　　以此趨勢發(fā)展，2O1O年若薄膜太陽能電池為30噸，晶體硅電池70噸,需要太陽能電池多晶硅達(dá)105700噸，則總需求量將達(dá)143O00噸。</p><p>　　2OO5年國際多晶硅出現(xiàn)短

43、缺，國際多晶硅大企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)，在2O07年4285O噸產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，2O1O年將形成7705O噸生產(chǎn)能力，如表1所示。世界其它國家：俄羅斯、烏克蘭等國2Ol0年產(chǎn)能可達(dá)5O00噸,德國、法國、西班牙等歐洲國家、韓國等產(chǎn)能可達(dá)1OOO0噸、鑄造物理提純法產(chǎn)能可達(dá)1O0O0噸,預(yù)計產(chǎn)能可達(dá)1O205O噸，考慮中國新增產(chǎn)能可以彌補世界產(chǎn)能的不足，中國2O10年至少可以提供4O0O0噸產(chǎn)能，世界總產(chǎn)能將達(dá)到14205O噸。比較供給和需求可以看出

44、，2O10年之后世界硅料供給基本趨于平衡。</p><p>　　2.2 多晶硅生產(chǎn)工藝發(fā)展趨勢</p><p>　　目前，世界多晶硅生產(chǎn)高度集中于美、日、德三國，一流多晶硅生產(chǎn)技術(shù)長期處于封鎖狀態(tài)。</p><p>　　國外半導(dǎo)體級多晶硅生產(chǎn)技術(shù)中，除改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的工藝外，還有硅烷熱分解生產(chǎn)棒形狀、粒狀多晶硅工藝以及SiH2C12熱分解法等生產(chǎn)多晶硅工藝，

45、這些方法各具特色，同時存在。</p><p>　　2.2.1半導(dǎo)體用多晶硅技術(shù)及發(fā)展趨勢</p><p>　　直到現(xiàn)在半導(dǎo)體用多晶硅仍然主要采用改良西門子法，其工藝成熟，生產(chǎn)安全，以生產(chǎn)棒狀多晶硅為主，以流化床技術(shù)生產(chǎn)的粒狀多晶硅為輔，幾年前改良西門子法占全球多晶硅產(chǎn)量的8O%以上，而目前，由于新的生產(chǎn)方法的不斷出現(xiàn)，也由于西門子法多晶硅的生產(chǎn)涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，各項控制節(jié)點多，以萬計，單

46、純調(diào)試運行的難度都相當(dāng)大，還原反應(yīng)產(chǎn)出率低(16%-18%，約1/6)，所以新的生產(chǎn)方式不斷出現(xiàn)而使西門子法產(chǎn)量下降為多晶硅市場的76%，并還有繼續(xù)下降的趨勢。</p><p>　　目前發(fā)展趨勢，國外WACKER公司用低成本沸騰法[5]TCS～FBR(f1uidized—bedreactor)，反應(yīng)產(chǎn)出率65%，電耗4O kwh/kg，REcsilicon和MEMc公司用硅烷沸騰床法silane-FBR工藝，一次

47、轉(zhuǎn)化率99%，電耗30-4O kwh/kg，且投資低，生產(chǎn)粒狀多晶硅用于連續(xù)直拉單晶的原料，Tokuyama公司用氣液相沉積法VLD(VaporToLiquidDeposition)和自由空間反應(yīng)器FSR(Free-SpaceReactor)工藝，轉(zhuǎn)化產(chǎn)出率達(dá)100%，連續(xù)沉積速率提高10倍，電耗更低，生產(chǎn)粒狀多晶硅。粒狀多晶硅主要用于連續(xù)拉單晶硅，易于喂料和連續(xù)自動控制。</p><p>　　2.2.2 可再生

48、能源光伏產(chǎn)業(yè)用多晶硅發(fā)展趨勢</p><p>　　根據(jù)目前太陽能電池用的多晶硅應(yīng)用實踐，純度4-6N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。物理法提純多晶硅太陽能電池目前有了長足進(jìn)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(jìn)行拉晶、切片，并批次制作出單晶硅、多晶硅太陽能電池片。在光電轉(zhuǎn)換率方面，單晶硅電池最高達(dá)到17.56%,多晶硅電池最高是15.5%，其

49、批次平均分別已經(jīng)可以做到16.33%、14.1%的太陽能電池。但目前光致衰減還比較嚴(yán)重，按最大值30%計，衰減后批次的轉(zhuǎn)化率還有11.43%、9.87%。該公司2O07年8月組建了一條25Mwp的太陽能電池中試生產(chǎn)線，2O08年底太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備，多晶硅鑄錠爐，多線切割機(jī)等會全部到位。該公司稱最為關(guān)鍵的太陽能電池衰減問題及其基本機(jī)理已經(jīng)摸清楚了，但穩(wěn)定控制和降低物理法多晶硅的光致衰減是目前研究的熱點和難點【6】。</p>

50、<p>　　目前發(fā)展趨勢，多晶鍺硅比多晶硅優(yōu)越，如光吸收率高，工藝溫度低，禁帶寬度可調(diào)，光譜響應(yīng)范圍可拓寬，與太陽能電池工藝完全兼容以及可以同非晶硅或多晶硅薄膜形成疊層結(jié)構(gòu)，可提高光電轉(zhuǎn)化率，如GaAs疊層光伏電池的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到35%。美國德拉瓦大學(xué)利用最新的測光匯集系統(tǒng)把陽光的高中低譜線匯集在電池不同感光材料上，電池幾乎能吸收全部太陽光能，其光能轉(zhuǎn)化率已達(dá)42.8%，目標(biāo)是50%正在努力。</p>&

51、lt;p>　　2.2.3 國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢</p><p>　　我國的多晶硅產(chǎn)業(yè)起步較早，但發(fā)展較慢。20世紀(jì)5O年代就開始了電子級多晶硅的研究，6O年代中期開始批量生產(chǎn)，7O年代初，全國盲目發(fā)展有1O0多家企業(yè)擬建設(shè)多晶硅生產(chǎn)，最后建成投資的僅2O多家。到1983年有18家工廠生產(chǎn)多晶硅，總體生產(chǎn)能力僅為150 t/a。從1998年-2O06年一直僅剩下兩個多晶硅廠有產(chǎn)能，生產(chǎn)能力進(jìn)一步下降到6

52、O t/a，1998年只生產(chǎn)了4O噸，僅占世界產(chǎn)量約0.4%遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)市場的需要。目前我國仍是世界上能生產(chǎn)電子級多晶硅的數(shù)幾個國家之一。我國在多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展方面，新光硅業(yè)2O01年在四川樂山投建，是我國第一條國家計委批準(zhǔn)建設(shè)的千噸多晶硅生產(chǎn)線，規(guī)劃年產(chǎn)126O噸的多晶硅，可年產(chǎn)電子級多晶硅9O噸、區(qū)熔多晶硅200噸、太陽能電池用多晶硅16O噸。該項目采用峨嵋半導(dǎo)體廠與俄羅斯多晶硅生產(chǎn)相結(jié)合的技術(shù)，其技術(shù)水平較目前國有較大提高，

53、屬于改良西門子法。該項目2O07年3月份開始正常生產(chǎn)，預(yù)計當(dāng)年達(dá)3OO噸以上，實際生產(chǎn)了23O噸。 </p><p>　　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(dá)1O0mm，單爐產(chǎn)量達(dá)1噸以上，綜合電耗可降低到3O0kwh。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(jìn)行現(xiàn)場測試和驗收。隨著年產(chǎn)1O0

54、0噸擴(kuò)建項目的投產(chǎn)和穩(wěn)定運行，20O7年我國多晶硅產(chǎn)量創(chuàng)歷史最高記錄，中硅高科技產(chǎn)量將達(dá)到600噸居全國首位，2008年受汶川地震影響，新光硅業(yè)實現(xiàn)技劃產(chǎn)能8O0噸，江蘇順大實現(xiàn)產(chǎn)能3O0噸【9】 。</p><p>　　三、多晶硅生產(chǎn)流程的發(fā)展</p><p>　　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位置。近一兩年來，在生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品（特別是用于太陽能電池的多晶

55、硅）的技術(shù)路線方面，世界多晶硅主要生產(chǎn)國家正在積極開發(fā)新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)。這些研發(fā)工作表現(xiàn)得十分活躍，并獲得了眾多的研究新成果和新突破。這也預(yù)示著世界多晶硅工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)一個新的飛躍即將到來。</p><p>　　經(jīng)過數(shù)十年的研究和生產(chǎn)實踐， 許多方法被淘汰， 如以Ca,Mg或Al還原SiO4；Zn ,Al或Mg還原SiCl2 法等；剩下的是硅烷分解法和氯硅烷還原法等。下面我們簡單介紹一下多晶硅制備技術(shù)的一個

56、發(fā)展：</p><p>　　3.1 SiCl4 法制備第一代多晶硅</p><p>　　SiCl4 法適用于100t/a以下的小型硅廠以HCl和冶金級多晶硅為起點,在300℃和0.45MPa下經(jīng)催化反應(yīng)生成。主要副產(chǎn)物為SiCl4 和SiH2Cl2 ,含量分別為5.2%和1.4%,此外還有1.9%較大分子量的氯硅烷 【7】〔圖3-1〕。生長物經(jīng)沉降器去除顆粒,再經(jīng)過冷凝器分離H2 ,H2

57、經(jīng)壓縮后又返回流床反應(yīng)器。液態(tài)產(chǎn)物則進(jìn)入多級分餾塔 (圖3-1只繪出1個) ,將SiCl4 、SiH2 Cl2 和較大分子量的氯硅烷與SiHCl3 分離。提純后的SiHCl3 進(jìn)入儲罐。SiHCl3在常溫下是液體,由H2攜帶進(jìn)入鐘罩反應(yīng)器,在加溫至1100℃的硅芯上沉淀。其反應(yīng)為:</p><p>　　SiHCl3+H2 →Si+3HCl （1）</p><p>　　2SiH

58、Cl3 →Si+SiCl4 +2HCl （2）</p><p>　　式(1)是使我們希望唯一發(fā)生的反應(yīng),但實際上式(2)也同時發(fā)生。這樣,自反應(yīng)器排出氣體主要有4種，即H2 、HCl、SiHCl3 和SiCl4 。第一代多晶硅生產(chǎn)流程適應(yīng)于小型多晶硅廠?；厥障到y(tǒng)回收H2 、HCl、SiCl4 和SiHCl3 。但SiCl4 和HCl不再循環(huán)使用而是作為副產(chǎn)品出售,H2 和SiHCl3則回收使用。反應(yīng)器流出物冷

59、卻至-40℃,再進(jìn)一步加壓至0.55MPa，深冷至-60℃,將SiCl 4 和SiHCl3 與HCl和H2 分離。后二者通過水吸收:H2循環(huán)使用;鹽酸為副產(chǎn)品。SiHCl3 和SiCl4 混合液進(jìn)入多級分餾塔，SiCl4 作為副產(chǎn)品出售,高純電子級的SiHCl3 進(jìn)入貯罐待用。 第一代多晶硅生產(chǎn)的回收和循環(huán)系統(tǒng)小，所以投資不大。但是SiCl4 和HCl未得到循環(huán)利用，生產(chǎn)成本相當(dāng)高，當(dāng)年生產(chǎn)量僅為數(shù)十噸以下時還可以運行；而年生產(chǎn)量擴(kuò)大到

60、數(shù)百噸以上時，則進(jìn)展到第二代。SiCl4 法制備第一代多晶硅的生產(chǎn)流程如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 第一代多晶硅生產(chǎn)流程示意圖</p><p>　　氯硅烷中以SiCl4 法應(yīng)用較早,所得到的多晶硅純度也很好,但是生長速率較低 (4-6um/min) ,一次轉(zhuǎn)換效率只有2%-10%,還原溫度高達(dá)1200℃ ,能耗高達(dá)250kWh/kg,雖然有純度高、安全性高的優(yōu)點,但產(chǎn)量

61、低。早期如我國605廠和丹麥Topsil工廠使用過,產(chǎn)量小,不適于1000t級大工廠的硅源。目前SiCl4 主要用于生產(chǎn)硅外延片。</p><p>　　3.2 SiH2Cl2 法制備第二代多晶硅</p><p>　　在SiCl4 法的基礎(chǔ)上研究發(fā)現(xiàn)，提高多晶硅的產(chǎn)量可以走兩條途徑:一是提高一次通過的轉(zhuǎn)換率,另一種是維持合理的一次通過轉(zhuǎn)化率的同時,加大反應(yīng)氣體通過量,提高單位時間的硅沉積量。

62、第一種途徑可以節(jié)約投資,但是生產(chǎn)產(chǎn)量提高不大。第二種途徑可以加大沉積速率,從而擴(kuò)大產(chǎn)量,但要投資建立回收系統(tǒng)。第二代多晶硅生產(chǎn)流程就是按第二途徑而設(shè)計【8】。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3-2) 。其反應(yīng)式為:</p><p>　　3SiCl4+Si+2H2 →4SiHCl3 (3)</p><p>　　式(3)應(yīng)在高壓下進(jìn)行,例如3.45

63、MPa壓力和500℃的溫度。所得產(chǎn)物主要是SiCl 4和SiHCl3 。分離提純后,高純SiHCl3 又進(jìn)入還原爐生長多晶硅,SiCl4 重新又與冶金級硅反應(yīng)。由于SiCl4的回收可以增加沉積速度,從而擴(kuò)大生產(chǎn)。具體流程如圖3-2：</p><p>　　圖3-2 第二代多晶硅生產(chǎn)流程示意圖</p><p>　　SiH2Cl2 也可以生長高純度多晶硅，但一般報道只有100Ωcm，生長溫度為1

64、000℃，其能耗在氯硅烷中較低，只有90kWh/kg。與SiHCl3 相比有以下缺點:它較易在反應(yīng)壁上沉淀，硅棒上和管壁上沉積的比例為100∶1，僅為SiHCl3 法的1%；易爆，而且還產(chǎn)生硅粉，一次轉(zhuǎn)換率只有17%，也比SiHCl3 法略低；最致命的缺點是SiH2 Cl2 危險性極高，易燃易爆，且爆炸性極強(qiáng)，與空氣混合后在很寬的范圍內(nèi)均可以爆炸，被認(rèn)為比SiH4 還要危險，所以也不適合作多晶硅硅產(chǎn)。</p><p&

65、gt;　　3.3 SiHCl3法制備第三代多晶硅</p><p>　　第二代多晶硅生產(chǎn)流程中雖然SiCl4 得到利用,但HCl仍然未進(jìn)入循環(huán)。 第一代和第二代多晶硅生產(chǎn)流程中,H2 和HCl的分離可以用水洗法,并得到鹽酸。而第三代多晶硅生產(chǎn)流程(圖3-3)中不能用水洗法,因為這里要求得到干燥的HCl。為此,用活性炭吸附法或冷SiCl4 溶解HCl法回收,所得到的干燥的HCl又進(jìn)入流床反應(yīng)器與冶金級硅反應(yīng)。在催化劑

66、作用下,在溫度300℃和壓力0.45MPa條件下轉(zhuǎn)化為SiHCl3 ,經(jīng)分離和多級分餾后與副產(chǎn)品SiCl4 、SiH2 Cl2和大分子量氯硅烷分離。SiHCl3 又補充到儲罐待用,SiCl4 則進(jìn)入另一流床反應(yīng)器,在500℃和3.45MPa的條件下生產(chǎn)SiHCl3 。第三代多晶硅生產(chǎn)流程實現(xiàn)了完全閉環(huán)生產(chǎn),適用于現(xiàn)代化年產(chǎn)1000噸以上的多晶硅廠。其特點是H2 、SiHCl3 、SiCl4 和HCl均循環(huán)利用。還原反應(yīng)并不單純追求最大的

67、一次通過的轉(zhuǎn)化率,而是提高沉積速率。完善的回收系統(tǒng)可保證物料的充分利用,而鐘罩反應(yīng)器的設(shè)計完善使高沉積率得以體現(xiàn)。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(11</p><p>　　圖3-3 第三代多晶硅生產(chǎn)流程示意圖</p><p>　　3.4改良西門子法制備多晶硅</p><p>　　數(shù)十年的研究改進(jìn)，在第

68、三代多晶硅生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上對反應(yīng)溫度控制、副產(chǎn)物處理、成本損耗等方面進(jìn)行改進(jìn)。縱觀多晶硅生產(chǎn)的主要工藝技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢來看，改良西門子工藝能夠兼容電子級【11】和太陽能級多晶硅的生產(chǎn)，以其技術(shù)成熟、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等特點，仍是目前多晶硅生產(chǎn)普遍采用的首選工藝。目前國內(nèi)采用改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)來源，主要有國內(nèi)自有技術(shù)、引進(jìn)俄羅斯技術(shù)和引進(jìn)歐洲(德國、意大利等國)技術(shù)、引進(jìn)美國GT公司、DEI公司技術(shù)等。改良西門子法的主要技術(shù)特色

69、有四點：</p><p>　　3.4.1 大型多晶棒節(jié)能型還原爐</p><p>　　多晶硅還原爐，出于節(jié)能降耗的考慮，必須大型化，與之相適應(yīng)的電器也必須大型配套。大型節(jié)能還原爐有幾項關(guān)鍵的技術(shù)；(1)爐內(nèi)可同時加熱許多根金屬絲，以減少爐壁輻射所造成的熱損失；(2)爐的內(nèi)壁加工成鏡面，使輻射熱能反射，以減少散熱損失熱能；(3)提高爐內(nèi)壓力，加大供氣量，以提高反應(yīng)速度，加快硅的沉積生成速度。

70、采用這種改進(jìn)的大型還原爐之后，其爐產(chǎn)量可以從改良前的每爐次100-200公斤提高到每爐次5-6噸。這種大型還原爐的顯著特點是：能耗低、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定。</p><p>　　目前，國外大型還原爐的硅棒的總數(shù)大多在100根以上，硅棒氏度在1.5米以上，棒直徑達(dá)到200毫米以上，每爐產(chǎn)量可達(dá)5-6噸，電耗則大幅度下降，達(dá)到每公斤多晶硅耗電80kw/h。</p><p>　　3.4.2 導(dǎo)熱油循

71、環(huán)冷卻還原爐工藝技術(shù)</p><p>　　在多晶硅生產(chǎn)過程中，還原爐是高耗能設(shè)各，硅棒的沉積需要電能加熱并維持溫度在高溫狀態(tài)，而爐筒、電極和爐底盤則需要冷卻。冷卻過程會帶走大量熱能，使還原爐內(nèi)多晶硅棒的熱能損失。這種熱能損失大部分是高溫硅棒傳向低溫爐壁的熱輻射而損失的，其次是氣體被加熱后而排出還原爐帶走了部分熱量。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。以前傳統(tǒng)的冷卻介質(zhì)是水，因水的沸點在1000

72、℃，故出口溫度不能高于100℃【12】，而實際工藝過程中未能達(dá)到這種較高溫度，一般都在50℃左右。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(yuǎn)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。</p><p>　　3.4.3 還原尾氣的干法回收技術(shù)</p><p>　　在還原生長多晶硅之后，還有部分還

73、原尾氣。如果尾氣放空排放，不僅浪費了能源和原材料，還會給環(huán)境造成污染。多晶硅還原爐尾氣中的氫、氯化氫、三氯氫硅、四氯化硅等成分，經(jīng)過加工和冷卻達(dá)到一定的條件之后，其中的二氯氫硅和四氯化硅被冷凝分離出來，然后把分離出的三氯氫硅直接送到還原爐，以生產(chǎn)多晶硅，而把四氯化硅送到氫化工序，經(jīng)氫化后，部分轉(zhuǎn)化成三氯氫硅，把氫化后的氣體再經(jīng)分離塔分離出二氯氫硅和四氯化硅，再分別把三氯氫硅送到還原系統(tǒng)，再把四氯化硅送到氫化工序，這樣連續(xù)不斷地循環(huán)，經(jīng)加

74、壓和冷卻后的不凝氣體，主要是氫和氯化氫，它們在加壓和低溫條件下，通過特殊的分離工藝，使氫和氯化氫分離出來，把沒有雜質(zhì)和水分的純氫送往氯化氫合成工序或還原工序利用，而氯化氫則送到三氯氫硅的合成工序。還原尾氣干法回收的整套工藝都不接觸水分，只是把尾氣中各種成分逐一分離，并且不受污染地回收，再送回相適應(yīng)的工序重復(fù)利用，實行閉路循環(huán)式操作。</p><p>　　3.4.4 四氯化硅（SiCl4）氫化反應(yīng)技術(shù) </p

75、><p>　　用西門子法生產(chǎn)多晶硅時在氯化工序和還原工序都要產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物SiCl4，不但增加了多晶硅生產(chǎn)的電耗量，而SiCl4 是一種無色透明的發(fā)煙狀液體，具有難聞的窒息性氣味，熔點為 -70℃、沸點為57.57℃、相對密度是1.483，可與苯、乙醚、氯仿、石油醚、四氯化碳、四氯化錫、四氯化鈦、一氯及二氯化硫以任何比例混溶。該物質(zhì)很難處理，對環(huán)境易造成嚴(yán)重污染。為此，大阪欽公司、聯(lián)合碳化物等公司很早就致力于開展S

76、iCl4轉(zhuǎn)化成SiHCl3技術(shù)的研究工作【16】。世界各大型多晶硅生產(chǎn)，也都進(jìn)行了這方面的研究，使生產(chǎn)多晶硅工藝中補充純</p><p>　　硅和少量H作原料成為可能。改良西門子生產(chǎn)多晶硅的具體流程如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 多晶硅生產(chǎn)的改良西門子法示意圖</p><p>　　3.5 SiHCl3 法的探討</p><p

77、>　　SiHCl3 法是當(dāng)今生產(chǎn)電子級多晶硅的主流技術(shù) [13] ,其純度可達(dá)N型2000Ω cm,生產(chǎn)歷史已有35年。實踐證明,SiHCl3 比較安全,可以安全地運輸,可以貯存幾個月仍然保持電子級純度。當(dāng)容器打開后不像SiH4 或SiH2 Cl2 那樣燃燒或爆炸;即使燃燒,溫度也不高,可以蓋上。SiHCl3 法的有用沉積比為1×103 ,是SiH4 的100倍。在4種方法中它的沉積速率最高,可達(dá)8-10um/min。一

78、次通過的轉(zhuǎn)換效率為5%-20%,在4種方法中也是最高的。沉積溫度為1100℃,僅次于SiCl4(1200℃) ,所以電耗也較高,為120kWh/kg。SiHCl3 還原時一般不生成硅粉,有利于連續(xù)操作。為了提高沉積速率和降低電耗,需要解決氣體動力學(xué)問題和優(yōu)化鐘罩反應(yīng)器的設(shè)計。反應(yīng)器的材料可以是石英也可以是金屬的,操作在約為0.14MPa的壓力下進(jìn)行,鐘罩溫度≤575℃。如果鐘罩溫度過低,則電能消耗大,而且靠近罩壁的多晶硅棒溫度偏低,不利

79、于生長。如果罩壁溫度大于575℃,則SiHCl3 在壁上沉積,實收率下降,還要清洗鐘罩。國外多晶硅棒直徑可達(dá)229mm。國內(nèi)SiHCl3 法的</p><p>　　四、 廣西硅礦資源優(yōu)勢及其開發(fā)前景</p><p>　　4.1 硅資源與光伏產(chǎn)業(yè)</p><p>　　太陽能光伏產(chǎn)業(yè)依賴于一種重要的非金屬礦物：硅。硅的用途十分廣泛，冶金、電子、軍工、建材、工程機(jī)械、

80、醫(yī)藥、橡膠、化妝品、服裝等眾多行業(yè)都會用到它。其中，“硅片”已成為信息產(chǎn)業(yè)的核心材料。</p><p>　　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)。當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時，越來越多的國家開始實行“陽光計劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點。</p><

81、p>　　光伏行業(yè)中以晶體硅電池為主，包括多晶硅和單晶硅電池，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，如果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。多晶硅電池雖然熱轉(zhuǎn)化率稍低于單晶硅，但是成本較低，目前技術(shù)提高后轉(zhuǎn)化率已可接近單晶硅。多晶硅片在太陽能電池中占成本的70%，因此，太陽能界有“得硅者得天下”說法。在工業(yè)方面，生產(chǎn)多晶硅的工藝是：工業(yè)硅與氯氣

82、、氫氣反應(yīng)后生成三氯氫硅，再在氫氣中還原沉積而成多晶硅。要將太陽光轉(zhuǎn)化為電能加以利用，整個過程離不開高純度的多晶硅原材料。然而，每公斤120美元的多晶硅原材料進(jìn)口價格使得太陽能電池價格昂貴，讓不少市民和企業(yè)對這個高端太陽能產(chǎn)品“望而卻步”。</p><p>　　隨著集成電路制造與太陽能電池等產(chǎn)品對多晶硅需求的增長，我國多晶硅的自主供貨已明顯存在著嚴(yán)重的缺口，致使2008年多晶硅現(xiàn)貨市場價格曾一度高達(dá)500美元每千

83、克。由于多晶硅的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，純度要求高，目前國內(nèi)僅有少數(shù)幾家企業(yè)能夠生產(chǎn)，產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的0.4%，每年約有93%以上的多晶硅需要進(jìn)口。近年來多晶硅市場售價的暴漲，一方面危及到我國多晶硅下游產(chǎn)業(yè)的正常運營，另一方面，也刺激了硅產(chǎn)業(yè)的投資增長。</p><p>　　作為高科技產(chǎn)業(yè)，利用硅礦開發(fā)多晶硅，產(chǎn)業(yè)耗能大，電力需求高。在國家限制高耗能產(chǎn)業(yè)的大背景下，電價已成為我國大多數(shù)硅礦企業(yè)亟待突破的瓶頸之一。因

84、此要大力發(fā)展多晶硅產(chǎn)業(yè)，就必需在條件成熟的地方制定電價優(yōu)惠政策，降低生產(chǎn)成本。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(yuǎn)地區(qū)就顯得更為適合投產(chǎn)這類產(chǎn)品。 </p><p>　　4.2 廣西硅產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢</p><p>　　作為地球上儲量僅次于氧的最豐富的元素之一，硅對我們來說是取之不盡用之不竭的，但考慮到成本問題，目前技術(shù)條件下真正能被我們開發(fā)利用的高質(zhì)量

85、硅礦依然稀缺。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。硅礦資源主要集中在寧夏石嘴山、湖北宜昌、廣西大化、四川峨眉等地。高純石英砂、高純硅微粉價格較高(分別為4600-8000元每噸和12000-18000元每噸)，其最佳原材料水晶礦價格也非常昂貴，而且原料還比較少。因此，利用質(zhì)量較好的硅礦開發(fā)高純石英砂、高純硅微粉，將成為我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由

86、之路。</p><p>　　廣西大化瑤族自治縣境內(nèi)的地下硅礦儲量有2億噸以上，而且資源稟賦較好。硅礦中二氧化硅含量達(dá)99.5%以上，最高可達(dá)到99.8%，為一級品；其它雜質(zhì)如鐵、鋁、鈣等元素含量各在0.05%-0.07%之間，均在指標(biāo)范圍內(nèi)。大多數(shù)礦體類型簡單，礦脈大，開發(fā)容易，價值高。目前已有南方電子有限公司等3家企業(yè)與大化簽訂了投資千噸級多晶硅項目意向合同書。大化縣也決心把硅產(chǎn)業(yè)作為重點發(fā)展領(lǐng)域。</p

87、><p>　　大化縣發(fā)展硅產(chǎn)業(yè)有其自身優(yōu)勢。由于我國兩個國家級大型水電站即巖灘水電站、大化水電站建在大化境內(nèi)，總裝容量161萬千瓦，一個縣擁有兩座國家級大型水電站，這是全國獨一無二。因此大化有“中國水電之鄉(xiāng)”稱號。目前，大化的金屬硅生產(chǎn)基地已引進(jìn)5家廣西區(qū)內(nèi)外企業(yè)，在建和已建成投產(chǎn)23臺6300kVA礦熱爐。未來幾年內(nèi)這批礦熱爐全部建成投產(chǎn)后，可年產(chǎn)75000噸金屬硅。</p><p>　　光

88、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(jī)遇，然而其資源的稀缺性成為資源開發(fā)的焦點。專家認(rèn)為，廣西大化瑤族自治縣提出“通過建立多晶硅、有機(jī)硅中間體、高純硅微粉和金屬硅等四大基地來構(gòu)建中國硅都”的發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)想是可行的。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。</p><p>　　4.3 廣西硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛在風(fēng)險</p><p>

89、　　廣西大化有著得天獨厚的硅礦資源和電力資源優(yōu)勢，有發(fā)展硅產(chǎn)業(yè)的條件，但真要把資源優(yōu)勢變成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，制約因素依然很多，面臨很多不確定的風(fēng)險。</p><p>　　(1)利潤豐厚但投資大。盡管多晶硅生產(chǎn)利潤豐厚，但其生產(chǎn)投資巨大，而廣西是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，吸引資金比較困難；政府和企業(yè)投資多晶硅項目，也存在低水平重復(fù)建設(shè)的隱憂；另外，該產(chǎn)業(yè)的污染與高能耗也是較大的問題。生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)生的尾氣污染排放問題備受國際關(guān)注，按照

90、我國現(xiàn)行的工藝，大約生產(chǎn)1000噸多晶硅產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯硅烷就有9000噸之多，如何實現(xiàn)氯硅烷轉(zhuǎn)化，變廢為寶，是一個技術(shù)攻關(guān)難度較大的問題。</p><p>　　(2)產(chǎn)品趨同、產(chǎn)能過剩和價格下跌成隱患。多晶硅產(chǎn)業(yè)成為一塊肥肉，我國投資建設(shè)多晶硅項目方興未艾：江蘇大全集團(tuán)的重慶萬州一期1500噸項目于2008年6月投產(chǎn)；江蘇中能光伏科技發(fā)展公司的徐州一期1500噸項目投產(chǎn)；寧夏陽光硅業(yè)有限公司的1500噸項目于20

91、08年末投產(chǎn)......從現(xiàn)在的市場來看，投資可以賺很多錢，而且訂單不愁，但是到一定時候市場會飽和，降價競爭就成為必然。從2008年10月份開始，受金融危機(jī)影響，多晶硅下游產(chǎn)業(yè)-太陽能光伏電池廠企業(yè)很多倒閉或者減產(chǎn)，國內(nèi)多晶硅現(xiàn)貨價格出現(xiàn)較大幅度調(diào)整，從鼎盛時期的500美元每千克，跌至200美元每千克，下跌過半。市場信心已經(jīng)受到重創(chuàng)。</p><p>　　(3)核心技術(shù)受制于人。企業(yè)在競爭中必將要經(jīng)受行業(yè)洗牌，要

92、想成功生存下來，就要依靠科技進(jìn)步。多晶硅的制備技術(shù)有改良西門子法和冶金法，美國、日本、德國擁有先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，長期實行技術(shù)封鎖和市場壟斷，而我國企業(yè)生產(chǎn)的多晶硅純度與國外還有差距，核心技術(shù)受制于人。</p><p>　　(4)國際競爭日趨激烈，加工利潤越來越小。目前，我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是典型的“兩頭在外”，九成以上的原材料依賴進(jìn)口，九成以上的產(chǎn)品出口，我國企業(yè)得到的不過是中間的加工利潤。而且，隨著國際市場空間的

93、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。到2006年，一些品牌差、沒有國際認(rèn)證或新建的企業(yè)，產(chǎn)品出現(xiàn)了滯銷的苗頭。</p><p>　　(5)電價政策限制。生產(chǎn)多晶硅的地區(qū)，最適宜的是電力資源豐富而電價低廉的地區(qū)。目前大化和巖灘電站，裝機(jī)容量達(dá)到161萬每千瓦，在國內(nèi)絕無僅有，但由于廣西電網(wǎng)電價太高(0.36元每度左右)，而外省有些地區(qū)只有0.22元每度，因此廣西競爭成本壓力較大。此外，廣西硅資源

94、開發(fā)還面臨人才短缺、基礎(chǔ)設(shè)施落后等問題。因此，廣西硅業(yè)發(fā)展必須尋求一條適合自身特色的技術(shù)路線和產(chǎn)品路線，同時還需要獲得電價政策等方面的支持才行。如果只看到資源優(yōu)勢和市場利好，跟在別人后面盲目投資，不但不能使地域優(yōu)勢變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，反而會陷入騎虎難下甚至血本無歸的困境，因此發(fā)展硅業(yè)要慎之又慎。</p><p>　　五、我國多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)面臨三大困境</p><p>　　5.1 金融危機(jī)使多晶

95、硅產(chǎn)業(yè)急轉(zhuǎn)直下</p><p>　　近幾年，受歐美國家太陽能電池需求的拉動，多晶硅供不應(yīng)求，投資回報率高，國內(nèi)企業(yè)紛紛上馬多晶硅項目，導(dǎo)致我同多品硅產(chǎn)量成倍增長，2008年我生產(chǎn)的多品硅達(dá)到4000多噸，同比增長140%壽右。</p><p>　　但去年10月份以來，金融危機(jī)對多品硅產(chǎn)業(yè)的影響逐步加深，岡外需求量出現(xiàn)較大幅度萎縮，價格更是一路走跌，每公斤多晶硅價格已從3000元降1000元

96、左右，造成部分企業(yè)出現(xiàn)虧損。</p><p>　　據(jù)寧夏隆基硅材料有限公司總經(jīng)劉珺【15】介紹，企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品主要提供給同內(nèi)最大的太陽能電池企業(yè)無錫尚德公司，做成太陽能電池然后出口。但由于很多企業(yè)出口不暢，造成庫存積壓，寧復(fù)這家企業(yè)今年前兩個月已虧損100多萬元。</p><p>　　目前，我國生產(chǎn)的4000多噸多晶硅，大部分出口到國外。由于我國的光伏發(fā)電進(jìn)展緩慢，國內(nèi)對多晶硅的需求量僅占

97、20%左右。來自中國：工程院化工冶金材料學(xué)部“多晶硅和太陽能光伏產(chǎn)業(yè)”咨詢調(diào)查組的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，我國太陽能電池總產(chǎn)已超過2000兆瓦，居世界第一位，但光伏發(fā)電裝機(jī)還不足電池產(chǎn)量的1%，一旦國際市場有變，風(fēng)險極大。</p><p>　　自2008年第四季度以來，由于金融危機(jī)影響了下游光伏需求，全球許多曾出臺龐大擴(kuò)產(chǎn)計劃的多晶硅制造商已經(jīng)開始推遲或取消其部分后期項目。一些業(yè)內(nèi)人士悲觀地估計，2010年我國的多晶硅生產(chǎn)

98、可能面臨供大于求的風(fēng)險。</p><p>　　5.2 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨三大困境</p><p>　　近年來，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)進(jìn)入迅速擴(kuò)張期，全國各地紛紛招商投資上馬多晶硅項目，投資規(guī)模已接近1000億元，短時間內(nèi)形成10萬多噸的產(chǎn)能。一些企業(yè)認(rèn)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。</p><p&g

99、t;　　目前，制約我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸主要是技術(shù)落后，企業(yè)被局限在仿制和技術(shù)的小改小革上，只能生產(chǎn)出太陽能電池級多晶硅，無法掌握更高水平的電子器件級多晶硅制造技術(shù)。我國企業(yè)大多采取西門子法生產(chǎn)多晶硅，這種技術(shù)能耗高、成本高、轉(zhuǎn)化率低，如果多晶硅價格下降到每公斤50美元以下，部分西門子法多晶硅企業(yè)將陷入虧損。然而，不少中同企業(yè)最近開始了多晶硅項目的建設(shè)和擴(kuò)建，在國際金融危機(jī)繼續(xù)蔓延的大環(huán)境下，新進(jìn)入的企業(yè)面臨更大的風(fēng)險。</p&

100、gt;<p>　　與多晶硅產(chǎn)量猛增不協(xié)調(diào)的是，下游光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展十分緩慢，電站投資滯后，并網(wǎng)發(fā)電成本高。現(xiàn)在多晶硅價格依然偏高，用于發(fā)電的成本大大高于火力發(fā)電價格，光伏發(fā)電的價格在每度2元左右。寧夏發(fā)電集團(tuán)副總工程師盛之林說，多晶硅產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵是將產(chǎn)業(yè)鏈延伸到光伏產(chǎn)業(yè)后端。長期而言，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)只有提高技術(shù)含量，不斷降低成本，才能在市場轉(zhuǎn)暖時，迎來新一輪的希望。</p><p>　　另

101、外，從今年的市場行情來看，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)的利潤依然可觀，多晶硅熱似乎仍未降溫，部分企業(yè)仍然在迅速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。但是由于我國對新興的多晶硅產(chǎn)業(yè)一貫是扶持鼓勵態(tài)度，多晶硅生產(chǎn)進(jìn)入沒有太多門檻，造成投資建廠遍地開花，部分多晶硅項目選址不合理，區(qū)域產(chǎn)業(yè)配置不合理，導(dǎo)致迄今為止無法形成相對完整的光伏產(chǎn)業(yè)集群，這對發(fā)展國內(nèi)的多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)十分不利。</p><p>　　5.3 多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)“兩頭在內(nèi)"才能有出路

102、</p><p>　　多晶硅光伏發(fā)電在不遠(yuǎn)的將來會占據(jù)世界能源消費的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。目前歐美國家仍然在出臺大量政策鼓勵發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，寧夏一些企業(yè)呼吁，我國具備非常好的資源條件，應(yīng)當(dāng)著眼于制訂配套措施，鼓勵各地大力發(fā)展光伏發(fā)電，通過提高技術(shù)、節(jié)約成本來降低光伏發(fā)電的成本，盡快實現(xiàn)本土生產(chǎn)、本土消費。</p><p>　　首先，應(yīng)當(dāng)鼓勵多晶硅企業(yè)

103、未雨綢繆，革新技術(shù)，加快探索先進(jìn)的冶金物理法制取多晶硅技術(shù)，逐漸淘汰西門子法生產(chǎn)，一方面可以降低成本；另一方面，提高多晶硅的純度，盡快把多晶硅光電產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率提高到14%以上。</p><p>　　其次，制訂三步走戰(zhàn)略，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電的價格，縮小與風(fēng)電、火電的價格差距。寧夏發(fā)電集團(tuán)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。我國的光伏電價可以分三步走，利用3