多晶硅及多晶硅生产工艺.docx

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多晶硅；多晶硅;polycrystalline；silicon；；；；性质：

灰色金属光泽。

密度2.32~2.34。

熔点1410℃。

沸点2355℃。

溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。

硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。

加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。

常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。

高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用。

具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。

电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。

由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化，再经冷凝、精馏、还原而得。

；；

；；多晶硅是单质硅的一种形态。

熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。

例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。

在化学活性方面，两者的差异极小。

多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。

；；国际多晶硅产业概况；；；当前，晶体硅材料包括多晶硅和单晶硅是最主要的光伏材料，其市场占有率在90

以上,而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。

多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况。

；

；；多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。

按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。

其中，用于电子级多晶硅占55左右，太阳能级多晶硅占45，随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅需求量的增长速度高于半导体多晶硅的发展，预计到2008年太阳能多晶硅的需求量将超过电子级多晶硅。

；

；；1994年全世界太阳能电池的总产量只有69MW，而2004年就接近1200MW，在短短的10年里就增长了17倍。

专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为最重要的基础能源之一。

；

；；据悉，美国能源部计划到2010年累计安装容量4600MW，日本计划2010年达到5000MW，欧盟计划达到6900MW，预计2010年世界累计安装量至少18000MW。

从上述的推测分析，至2010年太阳能电池用多晶硅至少在30000吨以上，表2给出了世界太阳能多晶硅工序的预测。

据国外资料分析报道，世界多晶硅的产量2005年为28750吨，其中半导体级为20250吨，太阳能级为8500吨，半导体级需求量约为19000吨，略有过剩太阳能级的需求量为15000吨，供不应求，从2006年开始太阳能级和半导体级多晶硅需求的均有缺口，其中太阳能级产能缺口更大。

；

；；据日本稀有金属杂质2005年11月24日报道，世界半导体与太阳能多晶硅需求紧张，主要是由于以欧洲为中心的太阳能市场迅速扩大，预计2006年，2007年多晶硅供应不平衡的局面将为愈演愈烈，多晶硅价格方面半导体级与太阳能级原有的差别将逐步减小甚至消除，2005年世界太阳能电池产量约1GW，如果以1MW用多晶硅12吨计算，共需多晶硅是1.2万吨，20052010年世界太阳能电池平均年增长率在25，到2010年全世界半导体用于太阳能电池用多晶硅的年总的需求量将超过6.3万吨。

；；；世界多晶硅主要生产企业有日本的Tokuyam

A.三菱、住友公司、美国的Hemlock、Asimi、

SGS、MEMC公司，德国的Wacker公司等，其年产能绝大部分在1000吨以上，其中Tokuyam

A.

Hemlock、Wacker三个公司生产规模最大，年生产能力均在30005000吨。

；国际多晶硅主要技术特征有以下两点：

；

；；1多种生产工艺路线并存，产业化技术封锁、垄断局面不会改变。

由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有：

改良西门子法、硅烷法和流化床法。

其中改良西门子工艺生产的多晶硅的产能约占世界总产能的80，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。

；

；；2新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前活跃。

除了传统工艺电子级和太阳能级兼容及技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：

改良西门子法的低价格工艺冶金法从金属硅中提取高纯度硅高纯度SiO2直接制取熔融析出法VLD：

Vaper；to；liquid；deposition还原或热分解工艺无氯工艺技术，AlSi溶体低温制备太阳能级硅熔盐电解法等。

；国内多晶硅产业概况；；；江西赛维LDK太阳能高科技有限公司是目前亚洲规模最大的太阳能多晶硅片生产企业。

工厂坐落于江西省新余市经济开发区，专注于太阳能多晶硅铸锭及多晶硅片研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业，拥有国际最先进的生产技术和设备。

公司注册资金11095

万美元，总投资近3亿美元。

2006年4月份投产，；7月份产能达到100兆瓦，8月份入选“RED；HERRING亚洲百强企业”，10月份产能达到200兆瓦，被国际专业人士称为“LDK

速度奇迹”。

荣获“2006年中国新材料产业最具成长性企业”称号。

；目前公司正致力于发展成为一个“世界级光伏企业”。

；

；；2007年6月1日，赛维LDK成功在美国纽约证交所上市，成为中国企业历史上在美国单一发行最大的一次IPO赛维LDK是江西省企业有史以来

第一次在美国上市的企业，是中国新能源领域最大的一次IPO。

；

；；该公司1.5万吨硅料项目近日已在江西省新余市正式启动，该项目总固定资产投资120

亿元以上，预计将成为目前全球太阳能领域单个投资额最多、产能设计规模最大的项目之一。

；

；；据悉，该项目计划首期在2008年底前建成投产，形成6000吨太阳能级硅料的年生产能力2009年项目全部建成投产后，将形成1.5万吨产能，从而使该公司成为世界主要的太阳能多晶硅原料生产企业。

；多晶硅产业发展预测；；；高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，在未来的50年里，还不可能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。

；

；；随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅的需求增长迅猛，市场供不应求。

世界多晶硅的产量2005年为28750吨，其中半导体级为20250吨，太阳能级为8500吨。

半导体级需求量约为19000吨，略有过剩太阳能级的需求量为15600吨，供不应求。

近年来，全球太阳能电池产量快速增加，直接拉动了多晶硅需求的迅猛增长。

全球多晶硅由供过于求转向供不应求。

受此影响，作为太阳能电池主要原料的多晶硅价格快速上涨。

；

；；中国多晶硅工业起步于20世纪50年代，60年代中期实现了产业化，到70年代，生产厂家曾经发展到20多家。

但由于工艺技术落后，环境污染严重，消耗大，成本高等原因，绝大部分企业亏损而相继停产或转产。

到目前为止，国内有多晶硅生产条件的单位有洛阳中硅高科技有限公司、峨嵋半导体材料厂所、四川新光硅业科技有限责任公司3家企业。

；

；；中国集成电路和太阳能电池对多晶硅的需求快速增长，2005年集成电路产业需要电子级多晶硅约1000吨，太阳能电池需要多晶硅约1400吨到2010年，中国电子级多晶硅年需求量将达到约2000吨，光伏级多晶硅年需求量将达到约4200吨。

而中国多晶硅的自主供货存在着严重的缺口，95%以上多晶硅材料需要进口，供应长期受制于人，再加上价格的暴涨，已经危及到多晶硅下游众多企业的发展，成为制约中国信息产业和光伏产业产业发展的瓶颈问题。

；

；；由于多晶硅需求量继续加大，在市场缺口加大、价格不断上扬的刺激下，国内涌现出一股搭上多晶硅项目的热潮。

多晶硅项目的投资热潮，可以说是太阳能电池市场迅猛发展的必然结果，但中国硅材料产业一定要慎重发展，不能一哄而上关键是要掌握核心技术，否则将难以摆脱受制于人的局面。

；

；；作为高科技产业，利用硅矿开发多晶硅，产业耗能大，电力需求高。

目前电价已成为中国大多数硅矿企业亟待突破的瓶颈之一。

因此中国大力发展多晶硅产业，亟需在条件成熟的地方制定电价优惠政策，降低成本。

；

；；由于需求增加快速，但供给成长有限，预估多晶硅料源的供应2007年将是最严重缺乏的一年，预计到2009年，全世界多晶硅的年需求量将达到6.5万吨。

在未来的3至5年间，也就是在中国的“十一五”期间，将是中国多晶硅产业快速发展的黄金时期。

；世界上主要的几种多晶硅生产工艺:

；1，改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法；；改良西门子法是用氯和氢合成氯化氢或外购氯化氢，氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行

CVD反应生产高纯多晶硅。

；；

国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

；；2，硅烷法——硅烷热分解法；；硅烷SiH4是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取。

然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。

以前只有日本小松掌握此技术，由于发生过严重的爆炸事故后，没有继续扩大生产。

但美国Asimi和SGS

公司仍采用硅烷气热分解生产纯度较高的电子级多晶硅产品。

；；3，流化床法；；

以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内沸腾床高温高压下生成三氯氢硅，将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。

；；

制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。

因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗低与成本低，适用于大规模生产太阳能级多晶硅。

唯一的缺点是安全性差，危险性大。

其次是产品纯度不高，但基本能满足太阳能电池生产的使用。

；；

此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术。

目前世界上只有美国MEMC公司采用此法生产粒状多晶硅。

此法比较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。

；；4，太阳能级多晶硅新工艺技术；；除了上述改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外，还涌现出几种专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。

；；

1冶金法生产太阳能级多晶硅；；

据资料报导[1]日本川崎制铁公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太阳能电池厂SHARP公司应用，现已形成800吨/年的生产能力，全量供给SHARP公司。

；；

主要工艺是：

选择纯度较好的工业硅即冶金硅进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行

第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除

第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。

；；

2气液沉积法生产粒状太阳能级多晶硅；；

据资料报导[1]以日本Tokuyama公司为代表，目前10吨试验线在运行，200吨半商业化规模生产线在2005-2006年间投入试运行。

；；

主要工艺是：

将反应器中的石墨管的温度升高到1500℃，流体三氯氢硅和氢气从石墨管的上部注入，在石墨管内壁1500℃高温处反应生成液体状硅，然后滴入底部，温度回升变成固体粒状的太阳能级多晶硅。

；；

3重掺硅废料提纯法生产太阳能级多晶硅；；

据美国Crystal；Systems资料报导[1]，美国通过对重掺单晶硅生产过程中产生的硅废料提纯后，可以用作太阳能电池生产用的多晶硅，最终成本价可望控制在20美元/Kg以下。

；

对几家国内