多晶硅生產(chǎn)主要工藝技術(shù)

當(dāng)今世界是信息產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達(dá)的時(shí)代，電子信息技術(shù)成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，而多晶硅作為信息產(chǎn)業(yè)zui基礎(chǔ)的原材料，對(duì)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著重要的作用。近年來，隨著以開發(fā)利用太陽能為代表的新源興起，多晶硅的需求缺口變大。2010年共計(jì)多晶硅需要8.5萬噸左右，總供給為5.88萬噸，缺口達(dá)2.62萬噸，供需矛盾十分突出。由于目前多晶硅的核心技術(shù)仍掌握在美、德、日等少數(shù)國(guó)家手中，我國(guó)太陽能廠家并沒有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)太陽能電池制造產(chǎn)業(yè)仍然受制于多晶硅的供應(yīng)。95%心目的多晶硅需要進(jìn)口。對(duì)此，專家建議，目前我國(guó)各有關(guān)部門應(yīng)總代表的把握好多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，希有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)企業(yè)應(yīng)集中力量突破多晶硅核心技術(shù)，為多晶硅發(fā)展創(chuàng)造條件。下面簡(jiǎn)單介紹幾種主要的多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)。

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），氯化氫和工業(yè)硅粉在一

定的溫度下合成三氯氫硅，然后對(duì)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拓應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。車內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅三絕大部分采用此法生產(chǎn)電子級(jí)與太陽能級(jí)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。以前只有日本小松掌握此技術(shù)，由于發(fā)生過嚴(yán)懲的爆炸事故后，沒有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。但美國(guó)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(jí)多晶硅產(chǎn)品。

3．流化床法

以四氯化硅、氫氣、氯化氫和工業(yè)硅為原料在流化床內(nèi)（沸騰床）高溫高壓下生

成三氯氫硅，將三氯氫硅再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)生成二氯 二氫硅，繼而生成硅烷氣。制得的硅烷氣通入加有小顆粒硅粉的流化床瓜爐內(nèi)進(jìn)行邊疆熱分解瓜，生成粒狀多晶硅產(chǎn)品。因?yàn)樵跐h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，電耗低與成本低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅。*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。

4．太陽能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù)

除了上述改良西門子法，硅烷熱分解法、流化床反應(yīng)爐法三種方法生產(chǎn)電子級(jí)與

太陽能級(jí)多晶硅以外，還涌現(xiàn)出幾種專門生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù)。

1）冶金法生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅

據(jù)資料報(bào)導(dǎo)日本川崎制鐵公司采用冶金部法制得的多晶硅已在世界上zui大的

太陽能電池廠（SHARP公司）應(yīng)用，現(xiàn)已形成800噸/年的生產(chǎn)能力，全量供給SHARP公司。

主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅（即冶金硅）進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成金

屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除磷和碳雜質(zhì)直接生成太陽能級(jí)多晶硅。

2）氣液沉積法生產(chǎn)粒狀太陽能級(jí)多晶硅

據(jù)資料報(bào)導(dǎo)以日本Tokuyama公司為代表，目前10噸試驗(yàn)線在運(yùn)行，200噸半商業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)線在2005~2006年間投入試運(yùn)行。

主要工藝是：將反應(yīng)器中的石墨管的溫度升高到1500℃，流體三氯氫硅和氫氣從石墨管的上部注入，在石墨管內(nèi)壁1500℃高溫處反應(yīng)生成液體狀硅，然后滴入底部，溫度回升變成固體粒狀的太陽能級(jí)多晶硅。

3）重?fù)焦鑿U料提純法生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅

據(jù)美國(guó)Crystal Systems資料報(bào)導(dǎo)，美國(guó)通過對(duì)重?fù)絾稳漳和靖F硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硅廢料提純后，可以用作太陽能電池生產(chǎn)用的多晶硅，zui終成本價(jià)可望控制在20美元/Kg以下。