多晶硅生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀與未來趨勢
目前,國際多晶硅生產(chǎn)的主流工藝是改良西門子工藝,占總產(chǎn)能85%以上,2010年用該技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅占全球總產(chǎn)量16.7萬噸的86.6%。
該技術(shù)成熟于上世紀(jì)70年代,在沉寂近20年后,伴隨光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,世界各國均對該技術(shù)進(jìn)行二次創(chuàng)新,如中硅高科突破了大型低溫氫化技術(shù)、大型節(jié)能還原爐技術(shù)、高效加壓精餾提純技術(shù)、高效加壓三氯氫硅合成技術(shù)、尾氣干法回收技術(shù)、四氯化硅生產(chǎn)氣相白碳黑技術(shù)和熱能綜合利用技術(shù)。隨規(guī)模化生產(chǎn),該技術(shù)仍有提升空間。
近年來,改良西門子法技術(shù)隨其產(chǎn)量的擴(kuò)張,其競爭能力得以強(qiáng)化,主流工藝地位進(jìn)一步穩(wěn)固,未來20年甚至更多年仍將是主流技術(shù)。改良西門子法因?yàn)楫a(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低,可以滿足大規(guī)模、安全、環(huán)保生產(chǎn)要求,成為市場首選的主流工藝。從成本角度比較,瓦克和REC的成本已經(jīng)基本接近,顯示出該技術(shù)具備旺盛的生命力。下面介紹一下幾種主要的多晶硅的生產(chǎn)方法。
1 改良西門子法——閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法
改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫(或外購氯化氫),氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅,然后對三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純,提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。
國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠盡大部分采用此法生產(chǎn)電子級與太陽能級多晶硅。
2 硅烷法——硅烷熱分解法
硅烷(SiH4)是以四氯化硅氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。以前只有日本小松把握此技術(shù),由于發(fā)生過嚴(yán)重的爆炸事故后,沒有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。但美國Asimi和SGS公司仍采用硅烷氣熱分解生產(chǎn)純度較高的電子級多晶硅產(chǎn)品。
3 流化床法
以四氯化硅、氫氣、氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅為原料在流化床內(nèi)(沸騰床)高溫高壓下天生三氯氫硅,將三氯氫硅再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)天生二氯二氫硅,繼而天生硅烷氣。
制得的硅烷氣通進(jìn)加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng),天生粒狀多晶硅產(chǎn)品。由于在流化床反應(yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大,生產(chǎn)效率高,電耗低與本錢低,適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽能級多晶硅。唯一的缺點(diǎn)是安全性差,危險(xiǎn)性大。其次是產(chǎn)品純度不高,但基本能滿足太陽能電池生產(chǎn)的使用。
此法是美國聯(lián)合碳化合物公司早年研究的工藝技術(shù)。目前世界上只有美國MEMC公司采用此法生產(chǎn)粒狀多晶硅。此法比較適合生產(chǎn)價(jià)廉的太陽能級多晶硅。
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