硅|多晶硅生产工艺“群雄逐鹿”

在经济不景气、钱不好赚的时候，多晶硅企业开始把更多的精力放在产品技术升级和提升质量上。记者从日前结束的中国化工信息中心主办的2009多晶硅及光伏产业（淮南）峰会上了解到，改良西门子法生产多晶硅占垄断地位的局面不久将发生改变，多晶硅生产工艺未来将形成改良西门子法、新硅烷法、流化床法、冶金法、无氯法、碳热还原法等诸多方法“群雄逐鹿”的局面。

中国工程院院士、中科院金属研究所研究员闻立时接受记者采访时表示，在现有改良西门子法想方设法降低能耗和成本的同时，一批新兴技术也备受关注。流化床法可改造改良西门子法，无氯法正在起步，冶金法也出现了好苗头，能耗更少、成本更低、环保更好的多晶硅新技术将出现。

改良西门子法：能耗和成本是关键

闻立时介绍，目前国际上生产多晶硅的主流工艺是改良西门子法。我国已建多晶硅项目基本都采用该方法，2008年产能已达8万吨，今年将增至10万吨。改良西门子法采用热化学气相反应路线，这是其能耗高、生产成本高的根本原因。况且采用改良西门子法的国内企业在技术上与国际先进水平尚有较大差距，尽管已进行了技术改进，但将能耗降至200千瓦时/千克以下难度仍然较大。

同时改良西门子法还存在着安全和环保难题。据了解，其单程有效转化率只有20%多，大量副产四氯化硅。据估算，每生产1吨多晶硅就副产10吨左右四氯化硅，物料循环量很大，环保压力也很大。要解决这一难题，必须在生产过程中提高一次转化效率，并将副产的四氯化硅继续氢化回用，形成闭路循环，这是降低多晶硅生产成本的关键。

流化床法：与现有装置易对接

流化床法是一项生产多晶硅的新技术。据美国Sunnyside科技公司副总经理储??博士介绍，采用流化床法生产颗粒多晶硅具有明显的综合优势。以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料，在流化床内高温高压条件下生成三氯氢硅，然后将三氯氢硅再经过歧化加氢反应生成二氯二氢硅，继而生成硅烷气。制得的硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应，生成粒状多晶硅产品。因为在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大，生产效率高，电耗与成本低，因此适用于大规模生产太阳能级多晶硅。

储??介绍说，流化床法可解决现有西门子方法中的种种问题，从而能降低成本，减少环保风险。实验结果表明，采用该方法生产多晶硅的耗电量仅为27.3千瓦时/千克。该工艺的中间产品是市场紧缺的特种电子气体，一项投资两项收益。即使是已建的西门子法项目和在建项目，也可与流化床法对接而降低成本。只是目前流化床法工程应用的实例还不多。

烷氧基硅烷工艺：各环节基本打通

为避免改良西门子法的环保问题，使用无氯介质的烷氧基硅烷工艺体系引起了业内高度关注。据湖北武大有机硅新材料股份有限公司总经理廖俊介绍，该体系是环境友好型多晶硅生产新方法，采用醇类替代氯作为循环物料，用成本更低、无腐蚀的三烷氧基硅烷替代三氯氢硅作为基础原料，通过无氯法制得中间产物单硅烷，避免了设备腐蚀问题，投资成本大幅降低。同时，该体系还采用效率更高、成本更低的流化床还原技术替代西门子法中的高能耗、难控制的气相沉积工艺，使系统能耗大幅降低。由于工序短，转化率高，产能高，因此该工艺能耗很低，一般低于30千瓦时/千克。

在副产物的处理上，烷氧基硅烷法新体系也有所突破：副产物四烷氧基硅烷经过脱醇后，通过炭热还原法得到硼、磷含量极低的高纯多晶硅。与普通物理法多晶硅相比，其原料杂质水平极低且可控，产品品质因此大幅提高；后续工艺回收的醇类可回到起始环节作为原料，实现“零排放”，同时提高原料使用效率，从根本上降低了多晶硅原料成本，并解决了四氯化硅处理问题。

廖俊介绍说，武大有机硅新材料股份有限公司在以烷氧基硅烷为基础合成多晶硅工艺开发方面已经取得了一定进展。6000吨/年直接法三甲氧基硅烷装置已运行多年，1万吨/年直接法三乙氧基硅烷装置已于10月开车成功；由烷氧基硅烷生成高纯石英的工艺已完成中试，进入产业化阶段；最后一步的高纯石英还原生成多晶硅的工艺正处于中试阶段。他希望通过上下游产品市场、技术工艺、资本等全面的战略合作，进一步加快其产业化的步伐。

冶金法：力争3年实现产业化

冶金法生产多晶硅也出现了好苗头。上海普罗新能源有限公司总裁史?B博士介绍说，冶金法是一种用物理过程提纯多晶硅的方法，它采用等离子体融解炉去除硅锭中的硼杂质，再经粗粉碎与清洗后，在电子束熔解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。

冶金法多晶硅生产成本较低，约为10～20美元/千克，耗电50千瓦时/千克，是一项值得期待的技术。目前存在的问题主要是装备和工艺还比较落后，拖了产业化的后腿。今年9月，冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟成立，其目标就是在现有基础上研究冶金法制备低成本太阳能级晶硅及其太阳电池的技术、工艺和设备，并力争在三年内实现大规模产业化。