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1、冶金法提纯多晶硅业务介绍 一、开展冶金法提纯太阳能级多晶硅的必要性 太阳能光伏产业的发展离不开高纯多晶硅材料，目前，太阳能级 硅材料的制备方法主要有化学法和冶金法，化学法绝大多数以改良西 门子法为主，该方法是通过化学手段将Si 氧化成 SiHCl3等其他化合 物以分离，再经过还原得到高纯硅材料。该方法的核心技术在国外， 投资成本大高（每吨超过80 万元） 、能耗高（每吨大于 15 万度） ，现 有产能无法满足日益增长的装机容量，且对环境污染严重， 缺乏市场 竞争力。 随着太阳能光伏产业的发展和普及，以及太阳能电池技术提高和 成本下降，太阳能电池将在2020 年达到平价发电的水平（与火力发 电成
2、本一致），届时太阳能级多晶硅材料成本预计为8 万元/吨，而现 有改良西门子法仅电费、 原料成本就超过 8 万元，因此无法支撑太阳 能电池原料所需。 在这种背景下， 亟待开发具有自主知识产权的高效、节能、成本 大幅降低的太阳能多晶硅清洁生产新技术，为光伏产业的可持续发展 和国家能源结构调整提供技术支撑。因此，具有大规模生产能力、能 耗小、污染少的冶金法技术将获得极大的发展与提高。由此，开展冶 金法制备太阳能级硅材料的研发及产业化，是产业发展的必然要求。 二、昌盛日电在冶金法制备多晶硅领域的领先优势 昌盛日电立足解决太阳能光伏电池所需的太阳能级多晶硅材料 （纯度为6N-99.9999%） ，用冶金
3、的手段将工业硅制备、提纯与铸锭 的过程有效衔接，实现低成本、低能耗、高效率、大规模的新型太阳 能级多晶硅材料制备技术及冶金法成套集成装备。为实现此目标， 青 岛软控、昌盛日电联合大连理工大学合资成立了青岛隆盛晶硅科技有 限公司，致力于冶金发提纯多晶硅技术的研究和工业化应用的探索。 2.1 顶尖的技术团队 为推动该版块业务快速发展， 隆盛晶硅引进了辽宁省太阳能光伏 系统重点实验室（大连理工大学）的40 多位博士、硕士组成行业顶 尖的研发团队。辽宁省太阳能光伏系统重点实验室（大连理工大学） 是专业的太阳能材料研究和系统研发实验室，是全国最早开展冶金法 提纯多晶硅研究的科研机构。 在实验室主任谭毅教
4、授的带领下，自主 研发的电子束熔炼技术和设备已得到行业公认，并成功应用到宁夏发 电集团、江苏维德等企业， 目前电子束已经在国内得到普遍的认可和 推广，创造产值近十亿元。 2.1.1 技术领头人谭毅教授 谭毅教授现任隆盛晶硅公司法人代表、董事长，辽宁省太阳能光 伏系统重点实验室主任，大连理工大学教授、博士生导师。谭教授在 在领域内有很高的知名度。 先后参与了并主持多项国家级课题，并被 推为首席科学家负责冶金法973 项目的组织和申报工作。 具体简历及成就如下： （1）学习及工作经历 1993 年 3 月，获得博士学位，日本东京工业大学金属工学科； 1983 年 7 月，获得学士学位，中国大连理工
5、大学机械工程系金 属材料专业； 1986 年 7 月，获得硕士学位，中国大连理工大学材料工程系金 属材料专业； 1991 年 1 月1993年 6 月，日本东京工业大学金属工学科客座 研究员； 1993 年 6 月1997年 2 月，日本东京国际贸易株式会社海外事 业部担当； 1997 年 10 月2001 年 5 月，日本超高温材料研究所， 日本新能 源产业技术综合开发机构产业技术研究员； 2001 年 5 月2005年 9 月，美国加州大学落衫矶校材料科学与 工程系研究员； 2005 年 7 月，大连理工大学材料科学与工程学院教授、博士生 导师；大连理工大学能源研究院副院长；大连理工大学太
6、阳能光伏重 点实验室主任；辽宁省太阳能光伏重点实验室主任。 （2）主要学术及社会兼职： 中国材料工程学会青年委员会理事；日本金属学会会员； 美国材 料工程学会会员；中国留日同学总会材料科学分会会长（1998.8 - 2002.8） ；大连理工大学日本校友会副会长（1999.9 - 2001.4）第二届 中国青年材料科学者年会组委会成员。 （3）主要论文、著作及知识产权： 谭毅教授先后在国内核心期刊杂志发表论文90余篇， 在国际 SCI 杂志发表论文 40 余篇。 谭毅教授非常重视已取得的技术成果知识产权的保护，积极对研 发成功的太阳能电池原材料多晶硅提纯新方法、新工艺以及制备设备 进行国家、P
7、CT 国际专利的申请， 以固化自主知识产权的技术成果， 为产业化发展提供技术支撑。 2.1.2 核心技术骨干姜大川博士 姜大川博士是昌盛集团隆盛晶硅公司副总经理，主管技术研发及 产业化运作， 在大连理工大学取得博士学位。在读期间主要从事于电 子束熔炼提纯太阳能级多晶硅材料。 先后承担或参与国家、省、市及企业的10 余项研究课题。发表 “电子束束流密度对冶金硅中杂质磷的影响”、“电子束熔炼多晶硅对 杂质铝去除机制研究” 、 “电子束熔炼冶金级硅中杂质钙的蒸发行为” 等 20 余国内外期刊论文，申请国家发明和实用新型专利20 项。 2.1.3 主要科研人员 姓名研究方向学历职称 1 谭毅冶金技术博
8、士研究生高级 2 姜大川硅材料博士研究生中级 3 许富民硅材料博士研究生高级 4 董伟硅材料博士研究生高级 5 李佳艳硅材料博士研究生中级 6 刘晨光化学工艺博士研究生中级 7 张磊冶金技术博士研究生中级 8 李亚琼冶金技术博士研究生中级 9 张晓峰硅材料博士研究生高级 10 石爽化学工艺博士研究生中级 11 安广野硅材料硕士研究生中级 12 刘瑶冶金技术硕士研究生中级 13 顾正硅材料硕士研究生中级 14 张素霞冶金技术硕士研究生中级 15 张力夫硅材料硕士研究生中级 16 李颖化学工艺硕士研究生中级 17 王浩洋硅材料硕士研究生中级 18 付一凡冶金技术硕士研究生中级 19 于爽硅材料硕士
9、研究生中级 20 王兵化学工艺硕士研究生中级 21 付名笔硅材料硕士研究生中级 2.2 领先的技术优势 目前，隆盛已经形成由 100多项专利构成的 “电子束熔炼提纯多 晶硅技术专利池”、 “定向提纯技术专利池” ， “大冶金绿色制造体系技 术专利池”，并在美国、日本申报国际专利，并已进入PCT 阶段；所 拥有专利数量占该领域专利的60%，发表文章已占到国内领域内的 50%以上，已经掌握了国内电子束技术的话语权。 部分核心专利如下表所示： 序号专利名称专利类别申请号或专利号 1 一种定向凝固及渣滤熔炼提纯多晶硅的方法及设备发明ZL201110125906.2 2 一种电子束分次熔炼提纯多晶硅的方
10、法发明ZL201110125904.3 3 一种电子束及渣滤熔炼提纯多晶硅的方法及设备发明201110125905.8 4 一种电子束造渣熔炼去除多晶硅中杂质硼的方法发明201110125903.9 5 电子束熔炼高效去除硅中杂质磷的方法及装置发明ZL201010259593.5 6 电子束和酸洗提纯多晶硅的方法发明ZL201010288512.4 7 一种多晶硅定向凝固设备发明ZL200810012354.2 8 一种去除多晶硅中杂质磷的方法及装置发明ZL200810011949.6 9 一种反向诱导凝固提纯多晶硅的方法及设备发明201210360069.6 10 一种底部散热的感应熔炼多晶
11、硅铸锭炉实用新型ZL201120030877.7 11 一种双开拉板式散热的感应熔炼多晶硅铸锭炉实用新型ZL201120030878.1 12 一种电子束熔炼用多功能水冷铜坩埚实用新型ZL201120155480.0 13 一种定向凝固及渣滤熔炼提纯多晶硅的设备实用新型ZL201120155478.3 14 一种反向诱导凝固提纯多晶硅的设备实用新型ZL201220492154.3 15 一种反向诱导凝固用直分式落粉装置实用新型201220491786.8 16 一种反向诱导凝固用叉分式落粉装置实用新型ZL201220492238.7 17 一种反向诱导凝固用多阶型保温套筒装置实用新型20122
12、0491980.6 18 一种反向诱导凝固用楔形保温套筒装置实用新型201220491979.3 19 一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的方法及设备发明201210537381.8 20 一种旋转和吹气诱导反向凝固提纯多晶硅的设备实用新型201220686761.3 21 一种石英管取尾料式定向凝固提纯多晶硅的方法及设备发明201210536975.7 22 一种石英管取尾料式定向凝固提纯多晶硅的设备实用新型201220686405.1 23 一种真空抽取尾料进行定向凝固提纯多晶硅的方法及设备发明201210537365.9 24 一种真空抽取尾料进行定向凝固提纯多晶硅的设备实用新型201
13、220686426.3 25 一种石墨管取尾料式定向凝固提纯多晶硅的方法及设备发明201210537096.6 26 一种石墨管取尾料式定向凝固提纯多晶硅的设备实用新型201220686260.5 27 一种定向凝固尾料快速收集提纯多晶硅的方法及设备发明201210537364.4 28 一种定向凝固尾料快速收集提纯多晶硅的设备实用新型201220686928.6 29 一种凝固坩埚旋转式电子束熔炼提纯多晶硅的方法及设备发明201210544590.5 30 一种凝固坩埚旋转式电子束熔炼提纯多晶硅的设备实用新型201220695100.7 2.3 近期取得的重大突破 2.3.1 技术研发方面取
14、得重要进展 目前，隆盛晶硅主要围绕 “冶金法提纯太阳能级多晶硅技术研究 开发”和“冶金法重大装备研究开发”两个核心方向展开技术创新。 （1）冶金法提纯太阳能级多晶硅技术开发 研发采用电子束熔炼去除多晶硅中杂质磷，在该领域达到了世界 领先的程度，所发表科技论文占该细分领域的60%以上，专利占 80% 以上，形成了系统的技术开发和知识产权体系，采用高效热利用、内 衬结晶器等方式，大幅提高电子束熔炼效率，降低能耗50%以上。 在定向凝固研究中研究发现了凝固速度与杂质分布的关联关系， 突破了杂质在定向凝固过程中分布不均匀的关键瓶颈，实现了杂质的 均匀分布，同时采用泉涌凝固技术，大幅钉扎凝固末期的高杂质
15、区， 极大的提高了定向凝固的成品率，可以解决领域内的共性问题， 大幅 降低定向凝固成本。 （2）冶金法重大设备开发 研究开发了EBS 电子束去除多晶硅中蒸发性杂质设备，该设备 具有三把电子枪，功率1200kW，单台硅锭的质量为500kg，比国内 同型（也是本研究团队开发） 设备效率提高 40%，使单台设备的年产 量达到 250 吨，该设备拥有专利20 项。 研究开发了DPS 定向提纯设备去除硅中金属杂质，该设备为冶 金法提纯、铸锭尾料处理的共性设备， 可以有效解决铸锭企业尾料无 法处理的共性问题， 及定向凝固过程杂质分布不均匀的瓶颈问题，该 设备拥有专利近 30 项。 2.3.2 产业化开发方
16、面取得革命性突破 （1）成本下降。目前国内西门子法生产太阳能级多晶硅的综合 成本大于 15 万元/吨；目前，我公司冶金法制备太阳能级多晶硅，综 合成本可控制在 10 万元/吨。 （2）能耗降低。西门子法生产太阳能级多晶硅能耗为15 万千瓦 时/吨，目前，公司冶金法能耗仅为6 万度/吨。 （3）污染减少。与西门子法生产太阳能级多晶硅相比，冶金法 是物理过程，几乎没有含氯等有害污染物的排放。 （4）生产流程缩短。改良西门子法制备太阳能级多晶硅，通常 纯度可达到9N 以上，而太阳能级多晶硅的最佳纯度应当是6N （99.9999%） ，需要将 9N 的硅重熔，加入硼硅合金或磷硅合金，之 后再拉成单晶棒或者铸成多晶锭，整个过程流程复杂，能耗大；我公 司利用冶金法可以直接将硅提纯到6N，省掉将硅重熔再掺杂的过程， 生产流程短。 （5）投资少。我公司采用冶金法生产多晶硅，产能1000t 左右 的多晶硅生产线的投资成本仅相当于改良西门子法的三分之一左右。 我国是工业硅生产大国， 占世界工业硅产量的50%左右，采用全 液态大冶金技术将是工业硅过程的延伸，极
