科研成果
硅烷法制備25t/a太陽能級多晶硅工藝及設備
上傳時間：2014-05-10 作者：
多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料，是全球電子工業及光伏產業的基石。隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅的需求量迅速增長。據預測，國際市場：2008年后全球太陽能光伏發電增長幅度將超過40%。按照歐洲光伏工業協會（EPIA）對于未來太陽能電池的需求分析，預計到2010年全球多晶硅需求量將達到115000噸。據國際光伏組織預測，全球多晶硅的供應缺口達45000噸以上。國內市場：如果目前在建和擴建項目全部達產，2008年以后多晶硅產能將達到4000～5000噸／年。由于國內太陽能電池產業年增長速度達到35％～5O％，行業預測到2010年我國多晶硅需求量將達到12000噸/年，缺口達到7000～8000噸／年。
現有的多晶硅生產工藝技術主要有：改良西門子法、冶金法、硅烷法。
改良西門子法：1955年，西門子公司成功開發了利用氫氣（H2）還原三氯氫硅（SiHCl3）在硅芯發熱體上沉積硅的工藝技術，并于l957年開始了規模生產，這就是通常所說的西門子法。在西門子法工藝的基礎上，通過增加還原尾氣干法回收系統、四氯化硅（SiC14）氫化工藝，實現了閉路循環，于是形成了改良西門子法。改良西門子法的生產流程是利用氯氣（Cl2）和H2合成氯化氫（HCl）(或外購HC1)，HC1和工業硅粉在一定的溫度下合成SiHC13，然后對SiHC13進行分離精餾提純，提純后的SiHCl3在氫還原爐內進行化學氣相沉積反應得到高純多晶硅。改良西門子法生產歷史悠久，制備的多晶硅純度較高，安全性較好，該法制備的多晶硅還具有同時滿足直拉和區熔要求的優點。但改良西門子法生產多晶硅屬高能耗的產業，其中電力成本約占總成本的70％左右，同時具有工藝流程長、投資大、技術操作難度大等缺點。目前該技術主要掌握在美國、日本、德國等國家的主要生產廠商中。我國大部分多晶硅生產廠家主要采用該技術，但該技術主要都是從俄羅斯引進，由于國外技術封鎖，我國并沒有掌握核心技術，因此對技術的規模化應用需要較長的整合研制周期。
冶金法：俗稱“三步法”，即以單向凝固等手段去除金屬雜質；采用等離子體融解爐等方式除去硼；采用電子束融解爐等方式去除磷、碳，從而最后制成低成本的太陽能級多晶硅。冶金法的主要工藝是：選擇純度較好的工業硅進行水平區熔單向凝固成硅錠，除去硅錠中金屬雜質聚集的部分和外表部分后，進行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中除去硼雜質，再進行第二次水平區熔單向凝固成硅錠，之后除去第二次區熔硅錠中金屬雜質聚集的部分和外表部分，經粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中除去磷和碳雜質，直接生成出太陽能級多晶硅。國外對冶金法研究至少已有25年時間，但是至今還不能真正為光伏產業提供質量合格的硅材料。因此，試圖用冶金精煉方法生產出滿足太陽能電池質量要求的多晶硅不是近期可達到的。
硅烷法：即利用硅烷(SiH4)的熱分解反應制取高純硅，因硅烷制備方法不同于日本Komatsu發明的硅化鎂法、美國Union Carbide發明的歧化法、美國MEMC采用的鋁氫化鈉（NaAlH4）與四氟化硅（SiF4）反應方法。新硅烷法近幾年發展較快，確實有許多改良西門子法無法比擬的優點。諸如硅烷熱分解溫度較低、耗電少、硅烷容易提純、產品純度高、原料消耗低等，是一種有發展前景的新工藝。
目前我們掌握硅化鎂法制硅烷的多晶硅生產工藝的整套核心技術并且具有工業化生產經驗，依據我們工藝技術優勢及多年的真空設備研發制造經驗，有能力設計開發硅烷法制備25/a太陽能級多晶硅工藝及設備，研制生產高質量產品及成套設備。目前，我們為國內唯一掌握該技術的企業。
該項目工藝產品檢測達到7N以上，直拉法單晶N型，電阻率270Ω•cm，載流子壽命可達360ms。區熔法拉制5次，為N型，電阻率5000Ω•cm；拉制11次為P型，電阻率為30000Ω•cm，載流子壽命可達360ms，用此硅片制作的高壓硅堆能耐壓2000V。
