多晶硅生产过程中的节能降耗技术分析

李万存+刘兴平

摘 要：由于我国信息技术飞速发展和市场经济急剧演变，多晶硅的生产技术也是日益的向前发展着，而且渗透到人们生活和工作中的各个方面，已是不可缺少的一部分了。本文根据多晶硅生产中副产物的的综合循环利用，完善升级沉积工艺以及升级与创新新型沉积配置对多晶硅在生产过程中的节能降耗产生的作用。同时还分析了当前国内广泛先采用和发展完善的生产过程优化技术投入到多晶硅生产中去，从而能够有效的减少多晶硅的制备费用。

关键词：三多硅晶；生产；节能降耗

由于当前太阳能光伏产业的迅速的崛起，它的市场空间优势和发展前景吸引了国外大量的资金雄厚的大型企业和大型电子生产企业纷纷投入发展太阳能光伏产业队伍当中。而这种市场环境的发展就会使中国太阳能光伏产业在资本和技术方面巨大的挑战，市场优势地位也在遭遇危机。据有关统计指出，发展成熟的多晶硅企业的扩展生产规模和刚加入的多晶硅企业的生产能够在将来的2年里多增加的产能达到了二十多万t/a；与此同时在关于太阳能电池的生产新兴技术和新型产品方面发展也是非常快的，这也就促成了太阳能光伏市场竞争异常激烈的局面。要想在激烈的市场环境中占据有利位置，太阳能光伏制造企业必须具有核心竞争力，而企业要拥有这一竞争力就必须不断的创新生产技术和研发新的产品。而就在冶金技术和流化床技术等方面的技术发展已成为太阳能光伏产业市场的发展能够取得新的成果的关键。当前几乎所有市场都是技术和成本的竞争，因此，光伏制造企业的发展就必须要在多晶硅的制造成本上做出努力。降低多晶硅的生产成本，不仅能够促进多晶硅制造产业和太阳能光伏产业的发展，同时还能够加快国内太阳能光伏运用的普及。

1 副产物循环综合利用

多晶硅的生产过程中，它所需要的原料成本费用占有多晶硅制造总成本的百分之三十至百分之四十。在运用改良西门子工艺和以氯硅烷为原材料的硅烷流化床生产粒状多晶硅工艺的过程中都制造出非常多的副产物；而要想在这些工艺制备过程中能够降低多晶硅的生产成本就必须对这些副产物进行有效的循环再利用。同时能够进行循环再使用的技术是核心问题，譬如把四氯化硅氢化转化为三氯氢硅的方法。三氯氢硅是生产多晶硅所需的基本原料中的一种，在市场上购买其原料的费用是比较高的，而且他的价格变化幅度也是非常频繁的。如果能够将四氯化硅采用氢化技术将其分解为三氯氢硅，就可以有效的解决多晶硅生产过程中副产物的综合利用问题，同时还可以节省购买原料的成本，从而就能够减少多晶硅生产的总成本费用。在当前的四氯化硅采用氢化技术中的等离子氢化方面的技术发展还不够完善。但是目前的热氢化技术和氯氢化技术已经发展的成熟和完备，形成了产业链，而且与四氯化硅氢化技术相比较来说，热氢化技术的转化成功的可能性要更高，处理的副产物的规模也较大，同时它还不需要配套尾气回收装置等方面的优势，因此，在减少多晶硅生产成本上优势也是很大的。

2 完善升级沉积工艺，降低还原电耗

多晶硅在生产过程中的单位沉积电耗会受到很多方面因素的影响，譬如：H2和SiCl3之间的摩尔比；在还原的过程中产生的压力以及硅棒表面温度等方面；但是可以在生产过程中多加 的使用量，从而能够提升沉积的速度，达到降低电耗的目的。

在多晶硅生长工艺中，在最初阶段的还原过程中电耗是最高的，因为当开始沉积时，多晶硅的电耗状态是急速的下降。在当硅棒生长到20h至40h时，还原过程中电耗开始缓慢降低。在到多晶硅沉积的最后阶段，多晶硅的还原电耗就几乎不再下降了。优质的沉积工艺是能够时效的降低单位电耗的，而且在此期间它还可以优化多晶硅棒的致密度，从而有效的提升多晶硅的质量。

3 完善和创新研发新型沉积装置

3.1 多晶硅还原炉大型化

在将多晶硅还原炉大型化后能够充分的利用热量，从而可以减少热量的流失。当前我国多晶硅生产企業主要利用的大型还原炉是18对棒；24对棒以及36对棒，有些多晶硅生产企业在资金充裕的条件下加大对48对棒研发的资金投入。在国外多晶硅生产企业采用的还原炉规格是在12对棒以上，譬如CentrothermPhotovoltaicsAG ，它所供应的的还原炉大多是18对棒和24对棒两种规格；而Poly Plant Project Inc，它所供应的还原炉是18对棒和27对棒两种规格。因此，Centrotherm供应的18对棒型号的还原炉，它的一个炉的产能至少是175t/a，在制备多晶硅的过程中，生产1kg的多晶硅的能耗在70kWh左右；而PolyPlantProjectInc 供应的27对棒型号的还原炉，它的一个炉的产能至少是500t/a，在制备多晶硅的过程中，生产 1kg多晶硅的能耗是低于50kWh。

由此可见，还原炉规格越大，在节能方面的优势就越突出。在还原炉中，一般它的电极的分布与沉积工艺对在生产多晶硅的过程中的电耗意义很大的影响，但是通常来说，采用更大型的还原炉生产多晶硅的能耗更低。

3.2 新型高反射涂层技术

在还原炉的炉筒内壁，它的辐射指数会对在多晶硅的制备过程中的电耗造成很大程度上的影响。由于金、银等金属他们的辐射指数是很低的，因此可以把辐射到金、银表面的大量的热量反射了。鉴此，可以在还原炉的炉筒内壁覆盖金、银等低辐射指数的金属，从而能够有效的降低在多晶硅生成过程中的电耗。能够在相同的状态下，使还原炉筒内壁的辐射指数从0.7降至0.2，在12对棒型号的还原炉制备1kg多晶硅的电耗可从70kWh左右降至45kWh左右。但是由于当前的金、银制作的涂层价格是非常高昂的，同时金、银制作的涂层还使用期间容易脱落。

由于制备多晶硅还原炉，它辐射热量的流失关键部位是在红外光波段。因此，可以在红外范围开发出具有高反射系数的新型涂料，将其用于还原炉的炉筒内壁涂层上，从而能够达到与金、银涂层一样的节能效果，而且还可以减少使用成本和后期维护成本。这就可以在节能和设备两个方面上达到降低多晶硅生产成本的目的。

4 结论

由以上论述可以看出，在多晶硅制备过程中有效的进行节能降耗，可以在多晶硅生产中副产物的的综合循环利用，完善升级沉积工艺、升级与创新新型沉积配置以及研发新型高反射涂层技术等方面完成节能降耗，从而有效的降低了多晶硅的制备成本。技术创新的同时带来的是产业的快速发展，因此，多晶硅生产过程的各项技术的发展，不仅有利于降低制备成本，还能够极大地推动太阳能光伏产业的技术创新和升级。