多晶硅生產過程中的節能降耗技術分析

李萬存+劉興平

摘 要：由于我國信息技術飛速發展和市場經濟急劇演變，多晶硅的生產技術也是日益的向前發展著，而且滲透到人們生活和工作中的各個方面，已是不可缺少的一部分了。本文根據多晶硅生產中副產物的的綜合循環利用，完善升級沉積工藝以及升級與創新新型沉積配置對多晶硅在生產過程中的節能降耗產生的作用。同時還分析了當前國內廣泛先采用和發展完善的生產過程優化技術投入到多晶硅生產中去，從而能夠有效的減少多晶硅的制備費用。

關鍵詞：三多硅晶；生產；節能降耗

由于當前太陽能光伏產業的迅速的崛起，它的市場空間優勢和發展前景吸引了國外大量的資金雄厚的大型企業和大型電子生產企業紛紛投入發展太陽能光伏產業隊伍當中。而這種市場環境的發展就會使中國太陽能光伏產業在資本和技術方面巨大的挑戰，市場優勢地位也在遭遇危機。據有關統計指出，發展成熟的多晶硅企業的擴展生產規模和剛加入的多晶硅企業的生產能夠在將來的2年里多增加的產能達到了二十多萬t/a；與此同時在關于太陽能電池的生產新興技術和新型產品方面發展也是非常快的，這也就促成了太陽能光伏市場競爭異常激烈的局面。要想在激烈的市場環境中占據有利位置，太陽能光伏制造企業必須具有核心競爭力，而企業要擁有這一競爭力就必須不斷的創新生產技術和研發新的產品。而就在冶金技術和流化床技術等方面的技術發展已成為太陽能光伏產業市場的發展能夠取得新的成果的關鍵。當前幾乎所有市場都是技術和成本的競爭，因此，光伏制造企業的發展就必須要在多晶硅的制造成本上做出努力。降低多晶硅的生產成本，不僅能夠促進多晶硅制造產業和太陽能光伏產業的發展，同時還能夠加快國內太陽能光伏運用的普及。

1 副產物循環綜合利用

多晶硅的生產過程中，它所需要的原料成本費用占有多晶硅制造總成本的百分之三十至百分之四十。在運用改良西門子工藝和以氯硅烷為原材料的硅烷流化床生產粒狀多晶硅工藝的過程中都制造出非常多的副產物；而要想在這些工藝制備過程中能夠降低多晶硅的生產成本就必須對這些副產物進行有效的循環再利用。同時能夠進行循環再使用的技術是核心問題，譬如把四氯化硅氫化轉化為三氯氫硅的方法。三氯氫硅是生產多晶硅所需的基本原料中的一種，在市場上購買其原料的費用是比較高的，而且他的價格變化幅度也是非常頻繁的。如果能夠將四氯化硅采用氫化技術將其分解為三氯氫硅，就可以有效的解決多晶硅生產過程中副產物的綜合利用問題，同時還可以節省購買原料的成本，從而就能夠減少多晶硅生產的總成本費用。在當前的四氯化硅采用氫化技術中的等離子氫化方面的技術發展還不夠完善。但是目前的熱氫化技術和氯氫化技術已經發展的成熟和完備，形成了產業鏈，而且與四氯化硅氫化技術相比較來說，熱氫化技術的轉化成功的可能性要更高，處理的副產物的規模也較大，同時它還不需要配套尾氣回收裝置等方面的優勢，因此，在減少多晶硅生產成本上優勢也是很大的。

2 完善升級沉積工藝，降低還原電耗

多晶硅在生產過程中的單位沉積電耗會受到很多方面因素的影響，譬如：H2和SiCl3之間的摩爾比；在還原的過程中產生的壓力以及硅棒表面溫度等方面；但是可以在生產過程中多加 的使用量，從而能夠提升沉積的速度，達到降低電耗的目的。

在多晶硅生長工藝中，在最初階段的還原過程中電耗是最高的，因為當開始沉積時，多晶硅的電耗狀態是急速的下降。在當硅棒生長到20h至40h時，還原過程中電耗開始緩慢降低。在到多晶硅沉積的最后階段，多晶硅的還原電耗就幾乎不再下降了。優質的沉積工藝是能夠時效的降低單位電耗的，而且在此期間它還可以優化多晶硅棒的致密度，從而有效的提升多晶硅的質量。

3 完善和創新研發新型沉積裝置

3.1 多晶硅還原爐大型化

在將多晶硅還原爐大型化后能夠充分的利用熱量，從而可以減少熱量的流失。當前我國多晶硅生產企業主要利用的大型還原爐是18對棒；24對棒以及36對棒，有些多晶硅生產企業在資金充裕的條件下加大對48對棒研發的資金投入。在國外多晶硅生產企業采用的還原爐規格是在12對棒以上，譬如CentrothermPhotovoltaicsAG ，它所供應的的還原爐大多是18對棒和24對棒兩種規格；而Poly Plant Project Inc，它所供應的還原爐是18對棒和27對棒兩種規格。因此，Centrotherm供應的18對棒型號的還原爐，它的一個爐的產能至少是175t/a，在制備多晶硅的過程中，生產1kg的多晶硅的能耗在70kWh左右；而PolyPlantProjectInc 供應的27對棒型號的還原爐，它的一個爐的產能至少是500t/a，在制備多晶硅的過程中，生產 1kg多晶硅的能耗是低于50kWh。

由此可見，還原爐規格越大，在節能方面的優勢就越突出。在還原爐中，一般它的電極的分布與沉積工藝對在生產多晶硅的過程中的電耗意義很大的影響，但是通常來說，采用更大型的還原爐生產多晶硅的能耗更低。

3.2 新型高反射涂層技術

在還原爐的爐筒內壁，它的輻射指數會對在多晶硅的制備過程中的電耗造成很大程度上的影響。由于金、銀等金屬他們的輻射指數是很低的，因此可以把輻射到金、銀表面的大量的熱量反射了。鑒此，可以在還原爐的爐筒內壁覆蓋金、銀等低輻射指數的金屬，從而能夠有效的降低在多晶硅生成過程中的電耗。能夠在相同的狀態下，使還原爐筒內壁的輻射指數從0.7降至0.2，在12對棒型號的還原爐制備1kg多晶硅的電耗可從70kWh左右降至45kWh左右。但是由于當前的金、銀制作的涂層價格是非常高昂的，同時金、銀制作的涂層還使用期間容易脫落。

由于制備多晶硅還原爐，它輻射熱量的流失關鍵部位是在紅外光波段。因此，可以在紅外范圍開發出具有高反射系數的新型涂料，將其用于還原爐的爐筒內壁涂層上，從而能夠達到與金、銀涂層一樣的節能效果，而且還可以減少使用成本和后期維護成本。這就可以在節能和設備兩個方面上達到降低多晶硅生產成本的目的。

4 結論

由以上論述可以看出，在多晶硅制備過程中有效的進行節能降耗，可以在多晶硅生產中副產物的的綜合循環利用，完善升級沉積工藝、升級與創新新型沉積配置以及研發新型高反射涂層技術等方面完成節能降耗，從而有效的降低了多晶硅的制備成本。技術創新的同時帶來的是產業的快速發展，因此，多晶硅生產過程的各項技術的發展，不僅有利于降低制備成本，還能夠極大地推動太陽能光伏產業的技術創新和升級。