多晶硅制備工藝及發(fā)展趨勢分析

張小軍（新特能源股份有限公司，新疆 烏魯木齊，830011）

按照硅含量純度，可以將多晶硅分成是太陽能級硅和電子級硅。在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下，太陽能資源的開發(fā)和利用得到了足夠的重視，而進(jìn)行太陽能級硅的制備則成為新的研究話題。因此，相關(guān)單位有必要對多晶硅的制備工藝及其發(fā)展趨勢進(jìn)行研究，以便更好的進(jìn)行太陽能級多晶硅的生產(chǎn)，繼而促進(jìn)多晶硅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 多晶硅制備工藝概述

隨著人們對太陽能資源的開發(fā)利用程度的逐漸加深，多晶硅的需求量也在不斷增加。在這種趨勢下，多晶硅的制備工藝、技術(shù)得到了創(chuàng)新和發(fā)展，以便進(jìn)行多晶硅生產(chǎn)產(chǎn)能的提高和生產(chǎn)成本的降低。就目前來看，多晶硅的制備已經(jīng)出現(xiàn)了諸多工藝，主要可以劃分成化學(xué)方法和物理方法，而西門子法、冶金法和流化床法是較為常見的三種多晶硅制備工藝。

1995 年，西門子公司利用SiHCL3進(jìn)行了CVD反應(yīng)，從而創(chuàng)建了高純多晶硅的制作工藝，后來則被稱之為西門子法。而冶金法則是利用純度較高的工藝硅進(jìn)行硅錠的生產(chǎn)，并利用反復(fù)提純法進(jìn)行多晶硅的制作。利用冶金法進(jìn)行多晶硅的制備，不僅可以得到太陽能級多晶硅，還能減少制備多晶硅給環(huán)境帶來的傷害。而所謂的流化床法，則是通過在硅源氣中加入小顆粒硅粉，并在流化床反應(yīng)爐中利用混合物的連續(xù)熱分解反應(yīng)進(jìn)行多晶硅產(chǎn)品的制作[1]。相較于其他多晶硅制備工藝，利用流化床法所得的硅具有沉積均勻性好的特點，可以用來進(jìn)行大規(guī)模太陽能級多晶硅的生產(chǎn)。此外，碳熱還原反應(yīng)法、熱線法和氣液沉積法等方法都可以用來進(jìn)行多晶硅的制備。但是相較于西門子法、冶金法和流化床法，其他的制備工藝都存在著一定的缺陷。

2 多晶硅制備工藝發(fā)展趨勢分析

2.1 西門子工藝的不斷改進(jìn)

利用西門子法可以進(jìn)行高純多晶硅的制備，但是生產(chǎn)的產(chǎn)能卻不高。所以，近年來，西門子工藝得到了不斷的改進(jìn)，以便進(jìn)行改良西門子法的開發(fā)。一方面，原有西門子法的生產(chǎn)尾氣分離工藝得到了改進(jìn)，從而使得系統(tǒng)的能耗得以降低的同時，系統(tǒng)分離氣體的純度也得到了提高。另一方面，在原有西門子法的還原爐設(shè)備結(jié)構(gòu)得到改造后，西門子法的爐內(nèi)氣體溫度不宜控制、一次性轉(zhuǎn)換率低的缺點則得到了改善[2]。而改良后的西門子法則出現(xiàn)了產(chǎn)生大量有害氣體和多晶硅純度不高等問題，仍然需要得到不斷的改進(jìn)。

2.2 流態(tài)化技術(shù)方法的不斷完善

相較于西門子法，流態(tài)化技術(shù)方法具有能耗低、產(chǎn)能大和環(huán)境危害低的特點。所以，流態(tài)化技術(shù)方法在近年來得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。在完善流化床方法方面，一些可再生能源公司展開了試驗流化床生產(chǎn)，以便進(jìn)行粒狀高純度的多晶硅的生產(chǎn)。但是，由于流化床法是一種集多種技術(shù)和學(xué)科知識為一體的制備工藝，所以在制備多晶硅的過程中具有很多復(fù)雜因素，需要得到進(jìn)一步的解決。就目前來看，由于流態(tài)化過程中會產(chǎn)生納米級的無定形硅粉，從而造成了多晶硅的生產(chǎn)率得到了降低。此外，這些硅粉附著在顆粒多晶硅產(chǎn)品上，也對產(chǎn)品的質(zhì)量形成了影響。因此，想要在制備多晶硅上進(jìn)一步進(jìn)行流態(tài)化技術(shù)方法的運用，則需要對硅顆粒的污染等問題進(jìn)行不斷的改善。

2.3 物理法工藝體系的不斷完善

對于大多數(shù)廣發(fā)企業(yè)來講，冶金法是較為常用的多晶硅制備工藝。就目前來看，冶金法被用于進(jìn)行太陽能電池的生產(chǎn)上，以便進(jìn)行太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的提高。但就目前來看，冶金法存在著多晶硅純度不理想和質(zhì)量穩(wěn)定性不足的問題，從而限制了該工藝的發(fā)展[3]。但是，相較于其他制備工藝，冶金法具有投資小、能耗低和污染小等特點。所以，冶金法仍然在多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。而隨著相關(guān)工藝技術(shù)的發(fā)展，人們也開始致力于研究如何完善冶金法的工藝體系問題，以便更好的進(jìn)行多晶硅制備的物理法工藝的應(yīng)用。

3 結(jié)語

總而言之，在可再生資源得到充分重視的情況下，多晶硅的制備問題也同樣引起了人們的關(guān)注。而就目前來看，雖然多晶硅的制備工藝有很多，但是每種工藝在產(chǎn)能、能耗和環(huán)境污染等方面有著各自的特性，無法完全滿足多晶硅的生產(chǎn)需求。所以，人們開始對西門子工藝進(jìn)行不斷改進(jìn)，并對流態(tài)化技術(shù)和冶金法工藝體系進(jìn)行不斷完善，以便更好的進(jìn)行多晶硅制備工藝的利用，繼而確保多晶硅生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]董培講.多晶硅薄膜制備工藝及其應(yīng)用發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2014,15（01）：28.

[2]徐遠(yuǎn)志.高純多晶硅在線制備技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].云南冶金，2012,13（41）：75-79.

[3]張攀，陳光輝，李建隆等.多晶硅制備技術(shù)及其研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報學(xué)報，2012，21（26）：153-158.