中國粉體網(wǎng)訊 在全球碳中和背景下，光伏產(chǎn)業(yè)迎來高景氣度，光伏產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)也迎來漲價期，其中漲幅最大還屬上游的多晶硅料。說起多晶硅，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、冶金級多晶硅、太陽能級別多晶硅及電子級別多晶硅。太陽能級多晶硅作為光伏產(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)直拉單晶爐拉制過程生成直拉單晶晶棒，或經(jīng)鑄錠過程生成多晶/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)硅粉通過一系列的化學(xué)手段進行提純從而得到可以用于太陽能行業(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%）與無水氯化氫反應(yīng)得到三氯氫硅(SiHCl3)和氫氣，經(jīng)多級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)的是太陽能級多晶硅，一般純度在6N~9 N之間，國標(biāo)根據(jù)具體的參數(shù)差異將太陽能級多晶硅分為太陽能一級、太陽能二級、太陽能三級。
2. 主流工藝——改良西門子法
1955年，德國西門子公司成功開發(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年開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說的西門子法。在西門子法工藝的基礎(chǔ)上，通過增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝，實現(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進入氫還原爐被氫氣還原，通過化學(xué)氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅，生產(chǎn)工藝流程見下圖。
改良西門子法包括五個主要環(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。該方法通過采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過采用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。該方法通過采用大型還原爐，降低了單位產(chǎn)品的能耗。通過采用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。
參考來源：樂晴智庫、雪球網(wǎng)、索比光伏網(wǎng)、中國科技網(wǎng)等。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/初心）
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