多晶硅生产中能耗的分析及节能对策分析

张国超

江苏康博新材料科技有限公司 江苏扬州 225600

随着现代技术的不断发展和进步，多晶硅的产业也面临着巨大的考验，受国外市场的经济危机，经济贸易保护，地缘政治等因素影响，我国多晶硅行业乃至整个光伏行业发展不断受到打压。我国多晶硅的产量虽然一直都高于其他国家，但是整个多晶硅运营环节的成本很高，加之政策的不确定性和世界贸易经济的不对等发展，现如今我国多晶硅产业出现了普遍的亏损状况。只有研究出真正的节能对策，优化全流程生产工艺运营，整合资源，才能够解决耗能过大、亏损，污染等问题，切实提高国内企业的综合竞争力。

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，都产生出非常多的副产物；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，保持物料的平衡。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比较高，而且价格变化幅度也是非常频繁。如果能够将四氯化硅采用氢化技术将其合成为三氯氢硅，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，减少多晶硅生产总成本的一大部分费用。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，而且与四氯化硅热氢化技术相比较来说，氯氢化技术的转化成功的可靠性更高，处理的副产物的规模也较大，同时它还不需要专门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明显，行业推广程度高，运营规模和运营效果良好。

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SiHCl3物料摩尔配比；在还原的过程中产生的压力以及硅棒表面温度，电流运行中电流增减幅度和速率等方面；可以在生产过程中多加氢气的使用量，提升沉积的速度，达到降低电耗的目的，同时注意致密料和菜花料的生产比例。

在多晶硅生长工艺中，在最初阶段的还原过程中电耗是很高的，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，可以减少热量的流失。当前我国多晶硅生产企业主要使用的还原炉是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，72对棒还原炉研发资金投入。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Centrotherm Photovoltaics AG，它所供应的还原炉大多是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。国内的双良集团和上海森松集团设计研发的36对，48对还原炉，相同生产时间内，单炉产量更高，能耗更低，电耗能够维持在42KWH，规模效应明显，并已经经过实际生产检验，具备大规模生产条件。

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，单位时间内产能和产量更大。

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65kWh左右降至42kWh左右（2010年数据）。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，故大型还原炉镀层项目暂时未有实质性规模化生产。仅仅在小批量试验生产。

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 结语

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。