太陽能多晶硅生產(chǎn)綜述
工藝流程圖為:
改良西門子法歸納起來有三大特點:
1)采用多對棒大型還原爐(硅棒對數(shù)從9 對、12 對到50 對,硅芯長度從1.5 米、2 米到2.5 米或2.8 米);
2 ) 還原爐尾氣采用“干法回收”,回收H2、HCL 與硅氯化物;
3)四氯化硅氫化轉(zhuǎn)化為三氯氫硅,再循環(huán)回收利用。
另外,還有還原爐筒導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻工藝技術(shù),與上述三大技術(shù)合稱為多晶硅的四項技術(shù),還原爐筒導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻工藝技術(shù)在峨嵋半導(dǎo)體材料廠開發(fā)成功,并長期使用。國外采用該工藝不多,新光公司設(shè)計沒有采用導(dǎo)熱油循環(huán)冷卻技術(shù),而是用熱水替代了導(dǎo)熱油來進行熱能的綜合利用[4]。
三、多晶硅在國內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀
1、世界多晶硅發(fā)展情況
自美國杜邦公司于二戰(zhàn)期間采用鋅還原SiCl4制出多晶硅以來,世界多晶硅制造技術(shù)日益成熟,現(xiàn)已形成了兩大流派,即用氫氣還原SiHCl3并在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的西門子法以及SiCl4熱分解制備多晶硅的硅烷法。它們分別由西門子公司和國際標(biāo)準(zhǔn)電氣公司于1955年和1956年研究成功。硅烷法在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生易爆氣體,工藝流程復(fù)雜,市場占有率不足20%;西門子法經(jīng)過多年的實踐和改進,技術(shù)比較成熟,工藝流程簡單(主要包括高效的精餾提純,低能耗高沉積速率的還原工藝,SiCl4的氫化和尾氣干法回收四個環(huán)節(jié)),市場占有率超過75%,是當(dāng)前多晶硅生產(chǎn)的主流。
目前,多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)基本上被美國、日本和德國3個國家的7家公司所壟斷,它們分別是美國的Hemlock、MEMC、RECSGS、REC AsiMi、德國的Wacker、日本的Tokuyama和三菱,這7家公司的總產(chǎn)能占全球產(chǎn)能的95%以上。其中,美國的Hemlock、德國的Wacker和日本的Tokuyama3家公司生產(chǎn)規(guī)模最大,其產(chǎn)能占全球總產(chǎn)能的60%。為了實現(xiàn)自身利益的最大化,獲取超額壟斷利潤,這7家公司都將多晶硅材料作為戰(zhàn)略性物資,對其它國家實行技術(shù)封鎖,嚴(yán)格控制多晶硅材料技術(shù)的擴散。
2003年之前,世界多晶硅市場一直基本保持了供求平衡。截止到2003年底,世界多晶硅材料的供應(yīng)能力為2.6萬t,需求合計為2.2萬t,其中,多晶硅材料主要用于集成電路制造,光伏電池的需求僅為5000~6000t。但2003年之后,受德國、日本等國家對光伏產(chǎn)業(yè)實行財政補貼政策的影響,光伏電池對多晶硅材料的需求迅速超過半導(dǎo)體工業(yè),導(dǎo)致多晶硅材料供不應(yīng)求,且價格一路攀升,從2003年的每千克30美元上漲到2004年的45美元,2005年跳升到80美元,2006年突破了300美元。據(jù)預(yù)測,雖然目前世界主要多晶硅企業(yè)都相繼安排了擴產(chǎn)計劃, 2010年,全球多晶硅產(chǎn)量達到5.2萬t,增長近一倍,但由于市場需求的更快增長,2010年全球多晶硅需求量達到8萬t,供需間仍存在相當(dāng)大的缺口[9]。
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