太阳能多晶硅的制备生产工艺综述.pdf

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1、2010年第2期化学工程与装备2010年2月ChemicalEngineering&Equipment117太阳能多晶硅的制备生产工艺综述何丽雯（陕西延长石油（集团）管道运输公司，陕西延安716000）摘要：太阳能用多晶硅来自石英矿或者硅石矿，进行冶炼得到金属硅，然后将金属硅提纯到太阳能多晶硅。太阳能多晶硅是制备太阳能电池的重要原料。依照自然界中硅石到太阳能多晶硅的生产过程为线索，介绍当前国内外光伏行业生产太阳能多晶硅的工艺现状，并对各工艺详情作一个综述。关键词：太阳能；金属硅；多晶硅；产工艺引言晶硅生产主要的传统工艺有：改良西门子法、硅烷目前，全球能源行业正面临着一次能源的枯

2、竭法和流化床法。其中改良西门子工艺生产的多晶硅与环境保护的双重压力。积极发展可再生能源已成的产能约占世界总产能的80％，短期内产业化技术为世界共识，尤其是目前处于金融危机的经济背景垄断封锁的局面不会改变。下，以“低碳”为特征的“绿色新政”思想已经成（2）新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前为促进经济复苏的共识，对太阳能产业的重视和太活跃。除了传统工艺（电子级和太阳能级兼容）及阳能的开发利用已成为必然趋势。必然导致作为将技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多太阳能转换为电能的基本材料⎯⎯太阳能级硅的晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价需求量急剧增加，同时也导致了太阳能

3、级硅的生产格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度工艺的变革，即由以传统的化学法（西门子改进西SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vapertoliquid门子法）逐渐到物理冶金法，生产技术朝着绿色环deposition）；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，[1-7]保（无氯）、低能耗的方向发展。作者从金属硅Al-Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。的冶炼入手综述太阳能级硅生产工艺和精炼常用一般来说，多晶硅的生产主要分为传统工艺和方法，以便为我国多晶硅产业提供一些参考。新工艺。1太阳能多晶硅的生产工艺1.1太阳能多晶硅的传统生产工艺金属硅，是采用石英矿与碳在高温下进行

4、还原可用于制备多晶硅的技术途径很多，经过大量得到的。石英矿，也称为硅石矿，主要成分是二氧的研究和生产应用淘汰了Ca、Mg、Al还原SiC从化硅。碳是作为还原剂将硅从二氧化硅中还原出来法和Zn、Al、Mg还原SiHC13法，研究集中到硅的，通常可选用焦碳、木炭、精煤和石油焦等。将烷分解法和氯硅烷气相氢还原法(西门子法)，其中石英矿石破碎到合适的大小，与碳还原剂按大约3：SiHCI3法(西门子法)是目前多晶硅制备的主流技1的比例均匀混合放入矿热炉内，通电产生电弧，术。其生产历史己有35年。[9]将硅石熔化，使之在高温下与碳进行还原反应：1.1.1西门子法西门子法生产出的多晶硅纯度完

5、全满足直拉SiO2+2C→Si+CO和区熔的要求，所以成为首选的生产技术。其提纯多晶硅的生产是较为复杂的，并不是一个简单技术主要分为以下两步：的物理化学过程，而是多种冶金方法串联在一起才1.1.1.1三氯氢硅的合成能得到最终产品。多晶硅主要技术特征有以下两用金属硅和氯化氢为原料，在流态氯化炉中进点：行反应：（1）多种生产工艺路线并存，产业化技术封Si+HCl→SiHC13锁、垄断局面不会改变。总的来说，目前国际上多118何丽雯：太阳能多晶硅的制备生产工艺综述三氯氢硅的沸点为31.5℃，与绝大多数杂质的（4）多晶硅生成SiH4=Si+2H2氯化物挥发温度相差较大，所以可用精馏法提

6、纯，三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气，因此精馏设备必须防止水汽和空气混入。小规模生产超纯硅可采用聚四氟乙烯，特制玻璃或石英作为精馏设备材料，大规模生产则须采用耐腐蚀的金属或合金材料以免铜、铁、镍等重金属杂质混入而影响其的质量。1.1.1.2三氯氢硅的还原SiHC13的还原采用化学气相沉积的方法，使还原的硅沉积在母材上，主要化学反应有：4SiHC13→Si+3SiCl4+2H2SiHC13+H2→Si+3HCI通常使用的生产硅烷的流程图如图1.2所示。SiCl4+H2→Si+4HCI从反应温度来看，硅烷法生产粒状多晶硅的分解温经过第一步中的几次精馏后，就可以得到高纯度在

7、873-1073K，而改良西门子法生产多晶硅的还的三氯氢硅，然后采用高纯的氢气进行还原就可以原温度在1353K左右，新硅烷法反应温度低。从反沉积出高纯多晶硅料。实际生产过程比较复杂，目应电耗来看，粒状多晶硅生产热分解电耗为12前西门子法经过几代的发展成为成熟的生产工艺，kwh/kg左右，而改良西门子法的还原电耗为国外企业普遍均采用第三代闭路循环，其原理如下120-160kwh/kg，粒状多晶硅生产电耗仅为改良西门图1.1所示。各种气体可以循坏使用，大大的较少子法的1/10。电耗成本是多晶硅生