中國(guó)粉體網(wǎng)訊  在全球碳中和背景下，光伏產(chǎn)業(yè)迎來(lái)高景氣度，光伏產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)也迎來(lái)漲價(jià)期，其中漲幅最大還屬上游的多晶硅料。說(shuō)起多晶硅，在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、CO₂減排、霧霾治理等方面，多晶硅作為光伏產(chǎn)業(yè)重要原材料，扮演了舉足輕重的角色。

一、多晶硅：光伏上游重要原料

多晶硅按照產(chǎn)品純度的不同，可分為工業(yè)硅、冶金級(jí)多晶硅、太陽(yáng)能級(jí)別多晶硅及電子級(jí)別多晶硅。太陽(yáng)能級(jí)多晶硅作為光伏產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)原材料，處于晶硅光伏產(chǎn)業(yè)的上游環(huán)節(jié)。

光伏發(fā)電靠光伏電池板，光伏電池板的主體是光伏電池片。光伏電池片可以用多晶硅材料，經(jīng)直拉單晶爐拉制過(guò)程生成直拉單晶晶棒，或經(jīng)鑄錠過(guò)程生成多晶/單晶鑄錠。直拉硅棒或鑄錠硅錠，經(jīng)去皮、切方、切片、選片，制成光伏電池片，依工藝路徑分單晶電池片、多晶電池片/鑄錠單晶電池片，如下圖所示。

二、多晶硅的生產(chǎn)制備

1. 生產(chǎn)流程

多晶硅制備主要是將工業(yè)硅粉通過(guò)一系列的化學(xué)手段進(jìn)行提純從而得到可以用于太陽(yáng)能行業(yè)和電子行業(yè)的多晶硅料。生產(chǎn)流程一般分兩步：第一步將工業(yè)硅（純度98%-99%）與無(wú)水氯化氫反應(yīng)得到三氯氫硅(SiHCl₃)和氫氣，經(jīng)多級(jí)餾化提純得到氣體三氯氫硅(SiHCl₃)、二氯二氫硅、或硅烷(SiH₄)。第二步是將上述高純氣體還原成高純硅，生產(chǎn)光伏或半導(dǎo)體行業(yè)用的硅料。

用于光伏生產(chǎn)的是太陽(yáng)能級(jí)多晶硅，一般純度在6N~9 N之間，國(guó)標(biāo)根據(jù)具體的參數(shù)差異將太陽(yáng)能級(jí)多晶硅分為太陽(yáng)能一級(jí)、太陽(yáng)能二級(jí)、太陽(yáng)能三級(jí)。

2. 主流工藝——改良西門子法

1955年，德國(guó)西門子公司成功開(kāi)發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù)，并于1957年開(kāi)始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說(shuō)的西門子法。在西門子法工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl₄氫化工藝，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，于是形成了改良西門子法——閉環(huán)式SiHCl₃氫還原法。

改良西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成HCl（或外購(gòu)HCl），HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成SiHCl₃，分離精餾提純后的SiHCl₃進(jìn)入氫還原爐被氫氣還原，通過(guò)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅，生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)下圖。

改良西門子法包括五個(gè)主要環(huán)節(jié)：SiHCl₃合成、SiHCl₃精餾提純、SiHCl₃的氫還原、尾氣的回收和SiCl₄的氫化分離。該方法通過(guò)采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過(guò)采用SiCl₄氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。

改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8～10μm/min，一次通過(guò)的轉(zhuǎn)換效率為5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉(zhuǎn)換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl₄（1200℃），所以電耗也較高，為120 kWh/kg（還原電耗）。

在當(dāng)前主流多晶硅生產(chǎn)法-改良西門子法的生產(chǎn)成本中，電力成本、原料成本和折舊成本是主要部分，三者合計(jì)占到總成本的80%左右，其中電力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折舊成本占比達(dá)15%。因而，電力、原材料、折舊成為降低多晶硅生產(chǎn)成本的主要領(lǐng)域。

改良西門子法包括五個(gè)主要環(huán)節(jié)：SiHCl₃合成、SiHCl₃精餾提純、SiHCl₃的氫還原、尾氣的回收和SiCl₄的氫化分離。該方法通過(guò)采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過(guò)采用SiCl₄氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。

改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8～10μm/min，一次通過(guò)的轉(zhuǎn)換效率為5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉(zhuǎn)換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl₄（1200℃），所以電耗也較高，為120 kWh/kg（還原電耗）。

在當(dāng)前主流多晶硅生產(chǎn)法-改良西門子法的生產(chǎn)成本中，電力成本、原料成本和折舊成本是主要部分，三者合計(jì)占到總成本的80%左右，其中電力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折舊成本占比達(dá)15%。因而，電力、原材料、折舊成為降低多晶硅生產(chǎn)成本的主要領(lǐng)域。

參考來(lái)源：樂(lè)晴智庫(kù)、雪球網(wǎng)、索比光伏網(wǎng)、中國(guó)科技網(wǎng)等。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初心）

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