太阳能级多晶硅生产技术.pdf

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1、太阳能级多晶硅生产技术巨龙(亚洲硅业(青海)有限公司，青海西宁810007)摘要：多晶硅材料在太阳能电池领域发挥了十分重要的作用，本文介绍了西门子法、热分解法和冶金法生产太阳能级多晶硅的技术，并对每种方法的有缺点作了评析。通过比较不同生产太阳能级多晶硅的方法，对未来多晶硅生产技术进行了展望。关键词：太阳能级；多晶硅；西门子法；热分解法：冶金法1概述随着石油、煤炭等不可再生资源的消耗，能源问题已成为全球的首要问题，利用风能、太阳能等可再生资源成为了21世纪的主流趋势，为此光伏产业发展十分迅速。太阳能电池主要有无

2、机太阳能电池、有机太阳能电池和有机一无机杂化太阳能电池三种，后两种的效率依然无法满足工业需求，以多晶硅太阳能电池为主的无机太阳能电池应用最为广泛。多晶硅的成本约占到太阳能电池总成本的一半以上，因此较高的多晶硅价格在很大程度上阻碍了太阳能电池产业的发展。如果既能保证太阳能电池效率，又能降低多晶硅成本，则可以大大推动该产业的发展进程。所以，为了摆脱电子级多晶硅材料对光伏产业的束缚，降低太阳能级多晶硅生产成本，最大限度满足光伏产业需求，改善多晶硅生产工艺或研发新型生产技术已成为全球各大公司的重点商业策略。本文中着重

3、介绍了西门子法、热分解法和冶金法生产太阳能级多晶硅的技术，并对每种方法的优缺点作了评析。通过比较生产太阳能级多晶硅不同的方法，对未来多晶硅生产技术进行了展望。2单晶硅生产方法介绍及评价2．1西门子法西门子生产多晶硅法是由西门子公司于1945年发现的，并于1965年实现工业化生产。该方法利用氢气还原三氯硅烷，产物主要用于半导体产业，而光伏产业所用的多晶硅一般为半导体产业所用多晶硅的边角料。目前应用最广的为第三代西门子生产多晶硅技术，该技术主要包括三氯硅烷的制备、三氯硅烷的精馏、三氯硅烷的还原、尾气回收及四氯化硅

4、的分离五方面工艺。这种方法生产的多晶硅纯度高，可达9-11N，但是其成本高、反应程度低、操作困难，并且三氯硅烷为剧毒物质，操作不当易发生严重的环境污染。不过总体来说，西门子法在多晶硅生产领域占有绝对优势，目前占全球多晶硅生产总量的七至八成。2．2热分解法热分解法是指将四氢化硅热解制备多晶硅的方法，根据硅烷制备方法不同可分为歧化法、氢化铝钠和四氟化硅反应法以及硅化镁法。其中硅化镁法由于其高危、高投资等缺陷，应用较少。总体来说，与西门子法相比，热分解法所用的硅烷中含硅的比重较高，且四氢化硅与三氯化硅相比更易分解，

5、反应转化率更高，因此热分解法的生产成本要低于西门子法。但是，由于所用硅烷易燃易爆，所以安全系数较低，生产技术发展依然不够成熟，不适用于工业生产多晶硅材料。2．3冶金法冶金法是利用硅冶炼或硅精炼的方法直接生产太阳能级多晶硅的方法，主要包括冶金级硅精炼法和熔盐电解法。2。3。1冶金级硅精炼法冶金级硅精炼包括全火法和火湿联合法，其生产原理是利用硅独特的物理化学性质，经过酸液浸泡、真空精炼、等离子加热、定向凝固，制备太阳能级多晶硅。全火法工艺简洁、操作方便、环境友好，产物纯度高。不过，生产过程中需使用电子束、等离子等

6、技术，提高了生产成本。火湿联合法生产多晶硅分火法和湿法两个环节，火法是指是精炼电炉炼出的冶金级硅，湿法是指将火法精炼的多晶硅经过酸液浸泡除去杂质。该法生产成本低，但是多晶硅产品纯度低，单独使用无法满足太阳能级多晶硅要求。2．3．2熔盐电解法熔盐电解法生产太阳能级多晶硅是于上世纪80年代兴起的，主要包括硅石熔盐电解法和粗硅电解精炼法。硅石熔盐电解法是在冰晶石熔体中电解硅酸盐或太阳能级二氧化硅的方法。电解槽一般以石墨为阳极，阴极为特制材料，在高温下将二氧化硅电解，再根据熔点不同将沉积的单质硅和二氧化硅分离。这种方

7、法得到的硅单质可达99．8％以上。粗硅的电解精炼是利用硅与其它金属在电解液中电极电位的不同，将硅单独电解精炼出来。该法又被称为三层电解法，下层为阳极合金，中层为精炼电解液，上层为制备出来的单质硅。电解过程中比si电负性差的元素留在阳极合金中，而比Si电负性强的元素进入电解液。一般电解需要很高的温度，且电解质、电解槽等容易对硅造成污染，目前生产的纯度只能达到4N。3结语本文对生产太阳能级多品硅的方法进行了简单介绍和评价。总体而言，无论是现在还是将来，西门子法将依然是最具前途的生产方法，但是工艺的改进还是十分必要

8、的，若要有更广泛的应用，西门子法还需克服其生产成本高、操作困难等缺陷。参考文献：fl】龙桂花，吴彬，韩松，丘克强．太阳能级多晶硅生产技术发展现状及展望[J1．中国有色金属学报，2008，18，$386一$395．【2]王新刚．太阳能级多晶硅生产技术研究现状及展望[J]．化工技术与开发，2012，41，27—35．[3]徐华毕，沈辉，梁宗存．太阳能级多晶硅生产与发展概况[J1．材料导报，2008，22