多晶硅产业发展与技术创新2012.ppt

硅烷制备方法有多种，目前目前大规模工业化生产的方法仍以UCC法（REC公司）和Ethyl法（ SiF4 法，MEMC公司国内六九硅业和中宁硅业采用这种技术）为主； 根据硅烷制备多晶硅反应器的不同，硅烷法又包括了西门子反应炉法和流化床法两类。 （2）硅烷热分解法发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 * 属于西门子法的派生方法，美国MEMC Pasadena公司开发； 流化床法生产多晶硅按照所用的原料可分为三氯氢硅和硅烷两种方法； 优点包括：细硅晶种量多，表面积大，气体和固体接着好，热能传递效率高；炉内反应温度比较均匀；可以提高硅烷气的浓度和増大进气量，提高了生产效率，使能耗明显降低；设备结构紧凑可以连续生产，单位时间产量比较均恒。 难点包括：晶种的制备-粒状硅是在0.2mm左右的晶种上沉积长大约2mm的粒状硅，要避免破碎、保存和运输过程中不被杂质沾污以保证产品纯度；需控制炉控内轴向和纵向的温度的均匀分布、气体流速和压力，防止在炉壁上沉积硅，降低沾污；使用专有的喷嘴控制和减少细硅粉的生成，避免堵塞。 （3）流化床（FBR）工艺发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 * 从低成本太阳能级硅材料提纯的发展趋势以及国外大厂的扩产趋势来看，流化床法即是硅烷法也是西门子法发展的一个重要方向； MEMC（2700吨生产线），REC（10500吨生产线）、Wacker等国外厂商在扩产中采用了流化床法，美国Hemlock公司将开设实验性FBR生产线； 目前我国还未有流化床法技术研究应用的报道，从事该技术的研发需要深厚的技术积累和资金投入，与硅烷法一样也需要解决安全生产的问题。 REC硅烷法年产150吨扩大试验和年产10500吨FBR厂 （3）流化床（FBR）工艺发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 * 冶金级硅精炼是利用Si 与杂质元素物理与化学性质的差别，联合多种方法，如酸浸、真空精炼、等离子加热技术、定向凝固等制备太阳能级硅，以日本JFE、挪威Elkem等公司为代表； 日本JFE 公司工艺过程如图所示，真空电子束除P、定向凝固、等离子除B 和C等；2012年2月JFE已宣布退出。 国内从事研究的单位较多，有代表性的包括：宁夏发电、河南讯天宇、昆明理工大学等，国内外整体技术差距不大； 重点关注：纯度（电池效率、暗电流等）、成本。 多晶硅生产技术发展趋势 （4）冶金法（或物理法）工艺发展趋势 JFE冶金法工艺流程 * 属于西门法的派生技术，日本Tokuyama公司2005年开发； 将石墨管升温至1500℃，SiHCl3 和H2 气体从石墨管上部注入，并在管内壁1500 ℃处反应生成液体硅和SiCl4，其中液体Si 滴入反应器底部，固化生成多晶硅。 优点：沉积速率约为经典西门子工艺的10 倍；硅以液体形式出现，既避免了流化床技术中出现的粉尘问题，可实现连续操作。 问题：碳和重金属的含量较高； 工艺及设备仍未成熟。 多晶硅生产技术发展趋势 （5）其他新工艺：气液沉积（VLD）工艺发展趋势 * * * 国内多晶硅生产技术发展情况 （1）总体发展趋势 1957-1997 1998-2005 2005-2009 2010年后 创业阶段 摸索阶段 提升阶段 成熟阶段 生产工艺技术 较为落后 积累了生产实践经验 百吨级生产工艺技术实现 工业化水平有一定提升 千吨级生产技术取得进展 产业化规模迅速扩大 企业达到万吨级 产业逐步成熟 国内国际竞争压力大 国内多晶硅产能增长情况 单位:吨 * * 提升改良西门子工艺大规模低成本清洁生产技术，突破硅烷法工艺规模化生产，探索物理、化学冶金法等低成本新工艺技术，实现多晶硅材料生产成本降低30% 国内多晶硅生产技术发展情况 （2）国家“十二五”规划多晶硅产业目标 太阳能发电科技发展“十二五”专项规划 太阳能光伏产业“十二五”发展规划 支持骨干企业做优做强，到2015年形成：多晶硅领先企业达到5万吨级，骨干企业达到万吨级水平；多晶硅生产实现产业规模、产品质量和环保水平的同步提高，还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%，到2015年平均综合电耗低于120度/公斤。 * * 国内多晶硅生产技术发展情况 国内多晶硅生产企业的能耗变化趋势 国内多晶硅生产成本下降趋势 （3）能耗、生产成本下降趋势 * * 国内多晶硅生产技术发展情况 （3）能耗、生产成本下降趋势 江苏中能公司多晶硅生产能耗下降趋势 洛阳中硅公司多晶硅生产能耗下降趋势 * * 国内多晶硅生产技术发展情况 （4）环保与综合利用技术发展趋势 多晶硅生产副产物 四氯化硅 三氯氢硅、氯化氢、氢气等 二氯二氢硅、高低沸点物等 氢化：高温氢化、低温氢化、氯氢化等 外售 回收、分离提纯、再循环利用 淋洗、中和 歧化回收 气相白炭