多晶硅产业业情况一．多晶硅硅简介及及用途1、多晶硅硅简介多晶硅：晶晶体硅的的一种，当当熔融的的单质硅硅在过冷冷条件下下凝固时时，硅原原子以金金刚石晶晶格形态态排列成成许多晶晶核，如如这些晶晶核长成成晶面取取向不同同的晶粒粒，则这这些晶粒粒结合起起来，就就结晶成成多晶硅硅单晶硅：晶晶体硅的的一种，具具有基本本完整的的点阵结结构的晶晶体，不不同的方方向具有有不同的的性质，是是一种良良好的半半导材料料纯度度要求达达到999.99999％％，甚至至达到999.9999999999％以上上用于于制造半半导体器器件、太太阳能电电池等用用高纯度度的多晶晶硅在单单晶炉内内拉制而而成多晶硅与单单晶硅的的差别：：当熔融的单单质硅凝凝固时,,硅原子子以金刚刚石晶格格排列成成许多晶晶核，如如果这些些晶核长长成晶面面取向相相同的晶晶粒，则则形成单单晶硅如如果这些些晶核长长成晶面面取向不不同的晶晶粒，则则形成多多晶硅2、多晶硅硅的分类类多晶硅按纯纯度分类类可以分分为冶金金级（工工业硅）、太太阳能级级、电子子级2.1冶金金级硅((MG))：是硅的的氧化物物在电弧弧炉中被被碳还原原而成一一般含SSi为990-995%以以上，高高达999.8%%以上。
2.2太阳阳级硅((SG)) ：纯度介介于冶金金级硅与与电子级级硅之间间，至今今未有明明确界定定一般般认为含含Si在在99..99%%–99..99999%（44～6个个9）2.3电子子级硅((EG)):一般般要求含含Si>>99..99999%以以上，超超高纯达达到999.999999999%%～999.999999999999%（99～111个9))多晶硅锭多晶硅料 3.多晶硅硅的主要要用途3.1 制制作单晶晶硅，一一般需要要用高纯纯度的电电子级硅硅（EGG）单单晶硅是是制造半半导体硅硅器件的的原料，用用于制大大功率整整流器、大大功率晶晶体管、二二极管、开开关器件件等 单晶硅棒半导体芯片3.2 制制作太阳阳能电池池，一般般使用太太阳能级级硅（SSG）光伏发电站太阳能电池板 二．多晶硅硅生产工工艺多晶硅的生生产技术术主要有有：改良良西门子子法、硅硅烷法和和流化床床法正正在研发发的还有有冶金法法、气液液沉积法法、重掺掺硅废料料法等制制造低成成本多晶晶硅的新新工艺世界上855％的多多晶硅是是采用改改良西门门子法生生产的，国内上市生产企业100%采用此法，其余方法生产的多晶硅仅占15％。
1、改良西西门子法法该法是以HHCl（或或Cl22、H2）和冶冶金级工工业硅为为原料，将将粗硅（工工业硅）粉粉与HCCl在高高温下合合成为SSiHCCl3，然后后对SiiHCll3进行化化学精制制提纯，接接着对SSiHCCL3进行多多级精馏馏，使其其纯度达达到9个个9以上上，其中中金属杂杂质总含含量应降降到0..1pppba以以下，最最后在还还原炉中中在10050℃℃的硅芯芯上用超超高纯的的氢气对对SiHHCL33进行还还原而长长成高纯纯多晶硅硅棒其工艺流程程如下：：冶金硅+HHCl→→SiHHCl33+SiiH4+SiiH2Cl122…→SiiHCll3(精馏馏) →→SiHHCl33+H2(10000℃℃气相沉沉淀) → U型硅硅棒→挤压粉粉碎→用HF和和HNOO3浸蚀→多晶硅硅块（1）石英英砂在电电弧炉中中冶炼提提纯到998%并并生成工工业硅，其其化学反反应SiiO2+C→Si++CO22↑ （2）为了了满足高高纯度的的需要，必必须进一一步提纯纯把工工业硅粉粉碎并用用无水氯氯化氢((HCll)与之之反应在在一个流流化床反反应器中中，生成成拟溶解解的三氯氯氢硅((SiHHCl33)。
其化学反应应Si++HCll→SiHHCl33+H2↑，反应温温度为3300度度，该反反应是放放热的同同时形成成气态混混合物((H2,HCll,SiiHCll3,SiiCl44,Sii) （3）第二二步骤中中产生的的气态混混合物还还需要进进一步提提纯，需需要分解解:过滤滤硅粉，冷冷凝SiiHCll3,SiiC144, 而气气态H2, HCCl返回回到反应应中或排排放到大大气中然然后分解解冷凝物物SiHHCl 3,SiiCl44，净化化三氯氢氢硅（多多级精馏馏） （4）净化化后的三三氯氢硅硅采用高高温还原原工艺，以以高纯的的SiHHCl33在H22气氛中中还原沉沉积而生生成多晶晶硅其化学反应应为：SiHHCl33+H2→Si++HCll多晶硅的反反应容器器为密封封的，用用电加热热硅池硅硅棒（直直径5--10毫毫米，长长度1..5-22米，数数量800根），在在10550-111000度在棒棒上生长长多晶硅硅，直径径可达到到1500-2000毫米米这样样大约三三分之一一的三氯氯氢硅发发生反应应，并生生成多晶晶硅剩剩余部分分同H2, HCll,SiiHCll 3,SiiCl44从反应应容器中中分离。
这这些混合合物进行行低温分分离，或或再利用用，或返返回到整整个反应应中气气态混合合物的分分离是复复杂的、耗耗能量大大的，从从某种程程度上决决定了多多晶硅的的成本和和该工艺艺的竞争争力改良西门子子法生产产多晶硅硅的副产产品：多晶硅生产产过程中中将有大大量的废废水、废废液排出出，如：：生产110000吨多晶晶硅将有有三氯氢氢硅35500吨吨、四氯氯化硅445000吨废液液产生，未未经处理理回收的的三氯氢氢硅和四四氯化硅硅是一种种有毒有有害液体体对多多晶硅副副产物三三氯氢硅硅、四氯氯化硅经经过多级级精馏提提纯等化化学处理理，可生生成白炭炭黑、氯氯化钙以以及用于于光纤预预制棒的的高纯（66N）四四氯化硅硅改良西门子子法所用用设备：：氯化氢合成成炉，三三氯氢硅硅沸腾床床加压合合成炉，三三氯氢硅硅水解凝凝胶处理理系统，三三氯氢硅硅粗馏、精精馏塔提提纯系统统，硅芯芯炉，节节电还原原炉，磷磷检炉，硅硅棒切断断机，腐腐蚀、清清洗、干干燥、包包装系统统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等2、硅烷法法2.1 硅硅烷气体体的制备备硅烷法法多晶硅硅的生产产离不开开硅烷气气体。
硅烷气体的的制备大大致上有有三种方方法:⑴ 用氢化化铝钠与与四氟化化硅气体体反应合合成硅烷烷气体::NaAlHH4+SiiF4→NaAAlF4+SiiH4⑵ 硅镁合合金法工工艺硅镁合金制制备硅烷烷气体工工艺也称称小松法法工艺工工艺流程程非常简简练，主主要反应应为:Si + Mg → Mg2SiMg2Sii + NH44Cl → SiHH4 + MgCCl2 +6NNH3⑶ 氯硅烷烷歧化反反应法，此此法利用用如下氯氯硅烷的的合成和和歧化反反应来获获得硅烷烷:Si + 2H22 + 3SiiC144→4SiiHCll36SiHCCl3→3SiiH2Cl2 + 3SiiC1444SiH22Cl2→2SiiH3Cl + 22SiHHCl333SiH33Cl→SiHH2Cl2 + SiHH42.2 因因硅烷气气是易燃燃易爆的的气体，所所以整个个吸附系系统以及及分解室室都要有有高度严严密性，必必须隔绝绝空气，这这对设备备的要求求较高3、物理法法（冶金金法）3.1 物物理法是是采用对对冶金级级的硅进进行造渣渣、精炼炼、酸洗洗（湿法法冶金）、定定向凝固固等方式式，将杂杂质去除除，由于于硅是不不参加化化学反应应的，所所以俗称称物理法法，也称称作冶金金法。
冶金法的投投资比化化学法要要小，大大约每千千吨产能能投资只只需要44亿元左左右，而而每吨的的成本为为15---255万元人人民币左左右目目前冶金金法对硅硅的提纯纯极限为为6-7N，无无法用于于半导体体行业，而而只能用用于太阳阳能产业业3.2 冶冶金法制制备多晶晶硅可直直接由工工业硅制制得太阳阳能用的的高纯多多晶硅锭锭，具有有环境污污染小，不不需要重重熔设备备且生产产成本相相对较低低该法工艺路路线为：：选择纯度较较好的工工业硅（即即冶金硅硅）进行行水平区区熔单向向凝固成成硅锭，去去除硅锭锭中金属属杂质聚聚集的部部分和外外表部分分后，进进行粗粉粉碎与清清洗，在在等离子子体融解解炉中去去除硼杂杂质，再再进行第第二次水水平区熔熔单向凝凝固成硅硅锭，去去除第二二次区熔熔硅锭中中金属杂杂质聚集集的部分分和外表表部分，经经粗粉碎碎与清洗洗后，在在电子束束融解炉炉中去除除磷和碳碳杂质，直直接生成成太阳能能级多晶晶硅⑴ 电子束束真空熔熔炼 硅在117000K时蒸蒸气压为为0.006899Pa，在在此温度度下，蒸蒸气压高高于此值值的杂质质（如磷磷和铝等等）能挥挥发出去去⑵ 区域悬悬浮熔炼炼 利利用感应应圈（电电子束或或离子束束）使硅硅棒加热热熔化一一段并从从下端逐逐步向上上端移动动，凝固固的过程程也随之之顺序进进行，当当熔化区区走完一一遍后，对对于分离离系数kk0<11的杂质质将富集集到上端端。
⑶ 等离子子弧精炼炼 研研究发现现，利用用等离子子弧氧化化精炼可可以很好好地除去去硅中的的硼和碳碳，如果果发展大大功率的的等离子子弧装置置，可以以实现大大容量生生产，具具有很好好的工业业应用前前景目前运用物物理法工工艺的国国内生产产厂家有有约200家，其其中以宁宁夏发电电集团有有限公司司（20000吨吨/年，另另在建220000吨生产产线）及及河南迅迅天宇硅硅品有限限公司（4400吨吨/年）为为代表，但但截至目目前，市场场上仍未未有相关关产品面面世三．多晶硅硅的市场场分析1、多晶硅硅市场现现况1.1 产产能情况况高纯多晶硅硅是电子子工业和和太阳能能光伏产产业的基基础原料料，处于于信息产产业和可可再生能能源产业业链的最最前端，生生产技术术含量高高，投资资大，在在未来的的50年年里，还还不可能能有其他他材料能能够替代代硅材料料而成为为电子和和光伏产产业主要要原材料料随着信息技技术和太太阳能产产业的飞飞速发展展，全球球对多晶晶硅的需需求增长长迅猛尤尤其是以以清洁、可可持续重重复利用用的光伏伏发电产产业的迅速发展展，极大的的拉动了了多晶硅硅行业的的产业升升级扩张张目前全全球光伏伏发电量量占整个个电力市市场的份份额还不不足1%%，而以德德国、捷捷克为代代表的欧欧洲国家家大力发发展太阳阳能发电电产业，并计划在在20550年全全面实现现高新清清洁能源源替代传传统化石石能源，以美国国、中国国为代表表的传统统化石能能源消耗耗大国也也不断加加大资金金投入和和政策支支持，大大力促进进本国可可再生能能源的发发展，光伏产产业的发发展空间间巨大。
近几年来，我我国太阳阳能光伏伏产业也也迅速成成长起来来，目前前国内从从事多晶晶硅生产产企业超超过了880家，光光伏企业业1200余家，多多晶硅产产能占世世界市场场份额的的18%%，光伏伏产能占占世界市市场份额额的400%，光光伏原材材料自给给率达550%，太太阳能电电池产量量以超过过1000%的年年均增长长率快速速发展，连连续3年年位居世世界第一一，全球球排名前前十五位位太阳能能电池企企业中，有有9家是是中国光光伏企业业尤其是自220066年以来来，受市市场虚高高价格与与短期暴暴利诱惑惑，我国国掀起了了一波多多晶硅项项目的建建设高潮潮，建设设与投资资堪称世世界之最最我国国多晶硅硅产量220055年时仅仅有600吨，但但20008年狂狂飙到440000吨以上上目前，我我国多晶晶硅的产产能极限限也只有有5万吨左左右， 20100年中国国多晶硅硅产量达达2万吨以上上，在建产产能近55万吨虽虽然如此此，但国内市。