科研成果
硅烷法制备25t/a太阳能级多晶硅工艺及设备
上传时间：2014-05-10 作者：
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原材料，是全球电子工业及光伏产业的基石。随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池对多晶硅的需求量迅速增长。据预测，国际市场：2008年后全球太阳能光伏发电增长幅度将超过40%。按照欧洲光伏工业协会（EPIA）对于未来太阳能电池的需求分析，预计到2010年全球多晶硅需求量将达到115000吨。据国际光伏组织预测，全球多晶硅的供应缺口达45000吨以上。国内市场：如果目前在建和扩建项目全部达产，2008年以后多晶硅产能将达到4000～5000吨／年。由于国内太阳能电池产业年增长速度达到35％～5O％，行业预测到2010年我国多晶硅需求量将达到12000吨/年，缺口达到7000～8000吨／年。
现有的多晶硅生产工艺技术主要有：改良西门子法、冶金法、硅烷法。
改良西门子法：1955年，西门子公司成功开发了利用氢气（H2）还原三氯氢硅（SiHCl3）在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于l957年开始了规模生产，这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、四氯化硅（SiC14）氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法。改良西门子法的生产流程是利用氯气（Cl2）和H2合成氯化氢（HCl）(或外购HC1)，HC1和工业硅粉在一定的温度下合成SiHC13，然后对SiHC13进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。改良西门子法生产历史悠久，制备的多晶硅纯度较高，安全性较好，该法制备的多晶硅还具有同时满足直拉和区熔要求的优点。但改良西门子法生产多晶硅属高能耗的产业，其中电力成本约占总成本的70％左右，同时具有工艺流程长、投资大、技术操作难度大等缺点。目前该技术主要掌握在美国、日本、德国等国家的主要生产厂商中。我国大部分多晶硅生产厂家主要采用该技术，但该技术主要都是从俄罗斯引进，由于国外技术封锁，我国并没有掌握核心技术，因此对技术的规模化应用需要较长的整合研制周期。
冶金法：俗称“三步法”，即以单向凝固等手段去除金属杂质；采用等离子体融解炉等方式除去硼；采用电子束融解炉等方式去除磷、碳，从而最后制成低成本的太阳能级多晶硅。冶金法的主要工艺是：选择纯度较好的工业硅进行水平区熔单向凝固成硅锭，除去硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中除去硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，之后除去第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中除去磷和碳杂质，直接生成出太阳能级多晶硅。国外对冶金法研究至少已有25年时间，但是至今还不能真正为光伏产业提供质量合格的硅材料。因此，试图用冶金精炼方法生产出满足太阳能电池质量要求的多晶硅不是近期可达到的。
硅烷法：即利用硅烷(SiH4)的热分解反应制取高纯硅，因硅烷制备方法不同于日本Komatsu发明的硅化镁法、美国Union Carbide发明的歧化法、美国MEMC采用的铝氢化钠（NaAlH4）与四氟化硅（SiF4）反应方法。新硅烷法近几年发展较快，确实有许多改良西门子法无法比拟的优点。诸如硅烷热分解温度较低、耗电少、硅烷容易提纯、产品纯度高、原料消耗低等，是一种有发展前景的新工艺。
目前我们掌握硅化镁法制硅烷的多晶硅生产工艺的整套核心技术并且具有工业化生产经验，依据我们工艺技术优势及多年的真空设备研发制造经验，有能力设计开发硅烷法制备25/a太阳能级多晶硅工艺及设备，研制生产高质量产品及成套设备。目前，我们为国内唯一掌握该技术的企业。
该项目工艺产品检测达到7N以上，直拉法单晶N型，电阻率270Ω•cm，载流子寿命可达360ms。区熔法拉制5次，为N型，电阻率5000Ω•cm；拉制11次为P型，电阻率为30000Ω•cm，载流子寿命可达360ms，用此硅片制作的高压硅堆能耐压2000V。
