冶金法生产多晶硅.docxVIP

冶金法多晶硅相关材料一、冶金法介绍目前，国际多晶硅生产的主流工艺是改良西门子法，占总产能85%以上。2010年用该技术生产的多晶硅占全球总产量的86.6%。太阳能级多晶硅仅需要6个9的纯度即可，西门子法一般提纯后可达11个9以上。为保证得到多晶硅电池最佳的电流传输率，西门子法还需要进行掺杂工序（掺硼掺磷），这无疑增加了光伏电池制造的成本。另外，某些公司也采用其他方法来制作多晶硅，如硅烷法、流化床法。此三种方法都属于多晶硅制作中的“化学法”。物理法是采用对冶金级的硅进行造渣、精炼、酸洗（湿法冶金）、定向凝固等方式，将杂质去除。由于硅是不参加化学反应的，所以俗称物理法。但其实，无论是造渣、精炼还是酸洗，都不可避免地涉及到化学反应，因此，比较准确的叫方法应该是冶金法。物理法主要有区域熔化法（FZ）、直拉单晶法（CZ）、定向凝固多晶硅锭法（铸造法）等等。按照硅的纯度不同，硅料分为冶金级硅（MG-Si）、太阳能级硅(SG-Si)、电子级硅(EG-Si)，国际业界通常把物理法称为冶金法（Metallurgical Method），把物理法提纯的硅称为UMG-Si（Upgraded Metallurgical Grade Silicon）。UMG-Si制备由于其工艺路径使其理论提纯水平仅能够达到7N级，化学法可提纯至9N级以上用于半导体行业，而3N以下的冶金级硅料主要用于铝合金等领域。因此，UMG-Si的目标市场即为太阳能光伏领域。二、项目投资成本UMG-Si由于采用的是物理提纯方法，主要是通过物理变化而非复杂的系列化学反应来提取硅料，在设备投入、环保控制、能耗指标等均低于化学法制备，就SG-Si制备而言具备成本优势。在2011年初，就项目总投资而言，化学法多晶硅制备如果从三氯氢硅开始直至多晶硅产出，年产量1000吨的工厂大约需要投资6亿到7亿元人民币，；而UMG-Si制备由于采取的工艺路径和原材料冶金硅品质的区别，其初始投资以年产1000吨计算，大约在2亿元左右。在2012年的成都西博会上，阿坝州共有25个新项目签约，签约金额达107亿元。其中包括：协鑫集团下属四川协鑫硅业科技有限公司的年产2.4万吨冶金法高纯硅材料项目，总投资12.435亿元，首期投资10亿元。2011年初，国外西门子法多晶硅单位成本在30美元/kg左右，国内投产的多晶硅项目由于技术尚不成熟，单位成本在60美元/kg以上，化学法新工艺FBR流化床法成本比西门子法低约40%。挪威Elkem、加拿大Tim（BSI）为国外UMG-Si制备的代表厂商，其预测单位成本在20美元/kg以下，UMG-Si具备单位生产成本优势。随着冶金法技术的成熟和冶金法多晶硅生产的规模化、产业化，冶金法多晶硅的目标价格将降低到10美元/公斤之下，届时它也会成为最主要的光伏原料之一。据2012年10月的新闻报导，厦门大学用本省企业提纯的5N低成本多晶硅原料，采用物理冶炼法进一步提纯，研制光电转换率稳定并达到12%-14%的低成本多晶硅太阳能电池，寿命可达10年以上。厦门佳科成为全国冶金法生产多晶硅产量最大的企业之一，其采用冶金物理法研发的二代新型环保太阳能级硅料的成本降至15美元/公斤，可缩短50%的能源回收期。三、技术路径UMG-Si的制备路线类似于冶金工业中金属提纯工艺，尽可能的采用物理方法去除杂质。由于没有行业内通用的成熟技术可以借鉴，各公司均自主研发工艺路线，具体的工艺方法不径相同。我们化繁为简，从工艺思路的角度看可以大致分为火法工艺和湿法工艺，主要区别是在冶金硅提纯时采用手段不同。火法工艺：冶金硅——炉外精炼（吹氧、造渣）—真空溶炼（真空造渣、真空吹气）——定向凝固湿法工艺：冶金硅——湿法冶金（粉碎、酸浸、离子交换去渣）—真空溶炼（真空造渣、真空吹气）——定向凝固采用达到或者接近3N级的MG-Si，通过炉外精炼或湿法冶金工序能将硅提纯至4N级，剩余杂质构成是：铁铝钙约80ppm、磷约5—0ppm、硼约1—2ppm，其余杂质10ppm左右；经过真空熔炼步骤后，通常硅纯度能达到5N级。两种工艺路径在设备投入、能耗指标、环保处理方面各有特点。再加上各公司在研发过程中，工艺各环节采用的具体路径、工艺参数、试剂选择，设备选择等方面存在差异，在两大基本工艺思路的基础上，各公司的具体工艺存在差异。采用火法工艺的代表公司主要有加拿大Tim（已量产）、Solar Value、川崎制铁、新日铁等。国内部分UMG-Si制备的技术源头来自于JFE日本川崎制铁，其工艺路线为：冶金硅在真空环境下加热熔化，用电子束轰击掉磷，在Ar(氩)气体中熔化后用等离子焊枪(Plasma Torch)喷吹去除B(硼)，最后通过定向凝固提纯。但必须指出的是，等离子束去杂质成本较高。JFE目前建有800吨/年的生产线。采用湿法工艺的代表性