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《高纯多晶硅材料制备技术及产业化情况》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、高纯多晶硅材料的制备技术及产业化情况面临严峻的能源形势和生态环境的恶化，改变能源结构、发展可持续发展的的绿色能源已经成为世界各国极为关注的课题。太阳能光伏发电是一种最具可持续发展理性特征的可再生能源发电技术，毫无疑问，硅电池是促进光伏产业前进的中坚力量。而太阳电池组件中，大约80%的电力都来源于晶体硅组件，晶体硅太阳电池始终是商品化太阳电池的主流，,约占据整个太阳电池市场的90%,国际市场上98%以上的光伏电池都是利用高纯多晶硅制备的。近年来随着光伏产业的快速发展，,对太阳能级多晶硅的需求与日俱增，进入二十一世纪以来，,高纯多晶硅材料也在全球范围内呈现出供不应求的局面。在这样的形势下，世界各国
2、都在不断的改良和创新太阳能级多晶硅材料的制备工艺。1、国内外多晶硅产业发展概况2005年以来，全球太阳能电池产业迅猛发展，使世界硅材料的市场发生了根本的变化，全世界每年的半导体级多晶硅与太阳能电池消耗的多晶硅从2005年以前2：l的比例变为1：1，甚至太阳能电池消耗的多晶硅有超过半导体级多晶硅材料的趋势。由于传统应用领域半导体需求正在稳步增长，同时太阳能电池的需求在急剧增长，多晶硅材料出现了巨大的缺口。面对太阳电池对多晶硅和单晶硅材料的巨大需求，各多晶硅厂家计划通过专用生产线和新工艺增加产量，以满足不断增长的需求。世界多晶硅材料的主要生产厂家的生产规模都在千吨到数千吨级规模以上，采用的技术大部
3、分是先进的改良西门子法，多晶硅生产的主要工序都采用计算机控制，设备装备的水平高”J，采用综合利用技术，不仅提高了经济效益，而且对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。世界多晶硅的先进生产技术一直掌握在美，日，德，意等国的几家公司手中，形成技术封锁，市场垄断。世界多晶硅生产也高度集中于美，日，德3国，世界各主要生产厂生产状况参见表1；世界多晶硅主要供货商2006--2010年生产与计划情况见表2。由于中国的发展速度加快以及亚洲其他国家的发展，世界多晶硅产量的地区分布未来将发生变化见表3。全球硅材料与太阳能电池供需与预测见表4，2006年以来，中国的多晶硅生产，无论是技术，还是产能都将有一个飞跃的发
4、展过程。面对太阳能电池对多晶硅和单晶硅材料的巨大需求，各多晶硅厂家计划通过专用生产线和新工艺增加产量，以满足不断增长的需求。目前，有采用改良西门子法加大沉积速度的办法，以增加产量；有利于单晶硅头，尾料，坩埚底料和集成电路制造时产生的碎片拉制太阳能电池用硅材料的，还有许多制造商正积极开发各种不需达到半导体用硅纯度的廉价太阳能级硅产品。目前，世界知名的几大多晶硅厂商哈姆洛克，德国瓦克，MEMC，三菱材料等正在扩充产能。2、太阳能级多晶硅材料的制备工艺2.1西门子法该方法由西门子公司于1955年开发,它是一种利用H2还原SiHCl3在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术,西门子法于1957年开始运用于工业生
5、产。西门子法具有高能耗,低效率,有污染等特点。2.2改良西门子法改良西门子法在西门子工艺的基础上增加了还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺,实现了闭路循环,又称为闭环式SiHCl3氢还原法。改良西门子法包括SiHCl3的合成、SiHCl3的精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离五个主要环节。利用冶金级工业硅和HCl为原料在高温下反应合成SiHCl3,然后对中间化合物SiHCl3进行分离提纯,使其中的杂质含量降到10^-7～10^-10数量级,最后在氢还原炉内将SiHCl3进行还原反应得到高纯多晶硅。目前全世界70%～80%的晶硅是采用改良西门子工艺生产的,改良西门
6、子法是目前最成熟,投资风险最小的多晶硅生产工艺。●主要化学反应主要包括以下2个步骤：1、三氯氢硅（SiHCl3）的合成；Si+3HCl→SiHCl3+H22、高纯硅料的生产：SiHCl3+H2→Si+3HCl●得到高产率和高纯度三氯氢硅（SiHCl3）的3个严格的化学反应条件：1、反应温度在300℃-400℃之间；2、氯化氢气体（HCI）必须是干燥无水的；3、工业硅(Si)须经过破碎和研磨，达到适合的粒径。2.3硅烷热分解法1956年英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷(SiH4)热分解制备多晶硅的方法,即通常所说的硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来,美国联合碳化
7、物公司(UnionCarbide)采用歧化法制备SiH4,并综合上述工艺加以改进,诞生了生产多晶硅的新硅烷法。硅烷法与改良西门子法的区别在于中间产物的不同,硅烷法的中间产物是SiH4。是以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原料制取高纯硅烷,再将硅烷热分解生产多晶硅的工艺。甲硅烷热分解法的过程包括硅烷的制备、硅烷的提纯以及硅烷的热分解。●硅的化学提纯主要包括三个步骤：(1)、硅烷合成2Mg+Si=Mg2Si
