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1、目 录福 建 省基于物理冶金法提纯太阳能级硅材料若干关键技术的研发与应用3基于物理冶金法提纯太阳能级硅材料若干关键技术的研发与应用9江 西 省290M2烧结烟气脱硫19创建节能减排型科普示范社区21减少赣南稀土矿开采中重金属排放污染的生物技术23汽车电动助力EPS开发25湖 南 省铝板带箔轧制油烟气回收技术或装置29电解铝余热利用项目30生活垃圾的收集尧清运专用技术31降低产品电镀生产过程中的电能消耗32有源滤波综合补偿节电技术及其在高压排烟风机中的应用33吸收潜热及脱硫防腐技术的开发34烟气余热回收利用35王码预制式轻薄型冷暖辐射系列产品36利用碎纸废纸等替代纸张制作花炮筒技术37九省热水系
2、统的技术升级38建筑围护结构传热系数检测技术39纳米TiO2在室内空气污染治理中的应用研究40长沙地区建筑外墙自保温系统的应用研究41CO封闭回收技术42酱油生产废水处理系统43明胶废水治理零排放44农村畜禽养殖实用技术45农村种植污染防治技术46医疗废水净化技术47排污收费测算技术48城市垃圾密封运输技术49农作物秸杆的综合利用技术50广 东 省广州市浪奇实业股份有限公司MES节能减排重大技术需求53广西壮族自治区瓷器企业节能与环保65多晶硅生产技术66桐油深加工技术67晶体硅的冶炼先进生产工艺68电子式节流阀体生产技术69用于汽车钢板弹簧热处理加热的混合煤气发生炉技术70微型车后桥油封漏油
3、攻关72利用TiO2冶炼金属钛73交流变近似直流（即低频）供电技术74低浓度 SO2吸收与直接转化为硫酸盐的技术75系统中砷的开发与利用76柴油燃料代替产品77污水处理菌种79蚕沙资源化综合利用80缫丝废水治理81桑蚕蛹、废茧、废丝高值化综合利用82四 川 省服装面料低水排放染色技术开发85大型预焙铝电解槽高效节能清洁生产技术开发94贵 州 省“竖式自燃节能炉”回收废汞触媒工艺工业化生产氯化汞触媒105二万吨芭蕉芋燃料乙醇生产单元系统技术示范109贵州小油桐生物柴油产业化关键技术研究与应用116电动汽车用镍锌电池技术研究125湿法磷酸直接反应制取磷酸脲的工艺研究132磷石膏生产高性能石膏粉及产
4、品的技术研究136燃用黄磷尾气发电的WP6航改燃气发生器产业化关键技术研制与开发144蒸汽凝结水、低位热能综合回收技术146云 南 省农业有机废弃物高附加值肥料化利用研究153铜火法冶炼水淬炉渣综合回收利用156铁毛精矿选冶综合利用160红土镍矿中镍钴综合利用产业化关键技术开发164洁净钢生产技术168大型铝电解槽整体节能长寿关键技术研究170褐煤低温干馏（煤热解）174颗粒活性炭技术180煤炭地下气化技术182蔬菜及茶树的农药残留降解技术研究及示范185稀燃条件下的NOx处理技术188微晶硅薄膜及微晶硅电池191锅炉烟气脱硫与煤焦废氨水资源化利用新工艺新技术196小型的褐煤完全气化技术198
5、先进无石膏提取柠檬酸生产技术199适用于高原地区的节能空气压缩机200黄磷炉尾气综合利用技术201磷石膏的资源化利用203氯化法钛白粉后处理废水的循环、回收利用技术205云锡区域矿山生产系统重构与信息化建设关键技术研究215铅冶炼烟气SO2吸附、解吸、制酸技术217个旧矿区地下水综合治理与利用研究219地下开采采空区治理及“二次开采”（残采）技术综合研究222柴油车及柴油发动机组尾气中不定型氮氧化物的处理224铁合金电炉余热发电或制气226低成本高效硅太阳能电池片的研究开发227污水处理深度改造技术230云南云景林纸股份有限公司全厂绿色照明技术改造2321福 建 省基于物理冶金法提纯太阳能级硅
6、材料若干关键技术的研发与应用一、所需技术名称基于物理冶金法提纯太阳能级硅材料若干关键技术二、所需技术的主要内容（一）背景新世纪以来，由能源消耗所引起的环境污染受到极大的关注，另一方面，由于能源危机所引起的紧张和恐慌已经引起全球的经济发展。为此，世界各主要发达国家都积极发展太阳能电池和各种新能源。尽管目前太阳能电池还存在转换效率低、成本过高的问题，但是世界各国政府都已经非常重视开发和推广太阳能电池的应用。硅基太阳能电池由于硅资源丰富、价格低廉、材料产业化程度高而仍被公认为是能够解决太阳能高效、廉价而广泛利用的唯一途径。自2005年以来，半导体级多晶硅的增长比例为5，而太阳能级多晶硅的增幅为30。
7、在不远的将来，太阳能级多晶硅的消耗很可能会超过半导体级多晶硅。我国光伏产业目前占世界第四位，然而事实上，在整个产业链中，我国是以牺牲本国环境和电力资源为代价，来制造占世界75的低附加值的工业级硅（约1美元/公斤）。经国外相关的大型企业精炼为太阳能级硅后，又以50200美元/公斤高价进口，并利用我国低廉的人力成本进行器件化组装后再廉价出口。所以从环境与资源的角度来看，整个产业链是以消耗我国的资源以及牺牲我国的环境和电力为代价，为发达国家提供清洁能源。从经济收益的角度来看，由于国外大公司垄断生产太阳能级多晶硅的技术、市场和价格，我们只能赚取少部分的利益。因此，大批量廉价太阳能级多晶硅生产技术，已经
8、成为制约我国光伏产业发展的瓶颈。当前国内外硅的提纯方法可以分为化学反应法和物理冶金法两类。化学反应法主要原理是利用氢、氯或氯化氢等化工原料与硅反应生成硅烷或卤代硅烷，利用分馏的方法进行提纯，根据具体工艺的不同可分为西门子法、改进西门子法和硅烷法等。化学法可直接获得纯度远高于太阳能电池要求的电子级硅（912N），其产量大，发展历史悠久。然而其缺点是主要核心技术仍掌握在国外一些大公司手里、而且投资过大（年产千吨多晶硅企业至少投资在10亿元人民币以上）。我国目前也有一些厂家引进了俄罗斯的改进改进西门子法等工艺，其技术还有待于进一步提高，存在有副产品回收利用、污染治理和防爆炸等问题需要解决。物理冶金法
9、是近年来针对太阳能级多晶硅的质量要求（67N）所发展起来的新工艺。其原理是利用如酸洗、通气冶炼、真空冶炼、等离子体反应、定向凝固、区域提纯、直拉单晶等方法直接从工业级硅制造符合需求的太阳能级硅材料。近年来国外许多多晶硅企业如德国Wacker 和AG公司、挪威Elkem公司、日本新日铁和德山等公司都纷纷介入这一领域，并已取得一定的进展。这类方法的优点是投资少（预计年产千吨6N多晶硅企业投资不高于1亿元人民币）、环境污染和安全的压力较小。在国内，近日，在中国科学院上海技物所自主研发的物理提纯法关键技术的支持下，河南南阳方城县迅天宇科技有限公司已经能少量产出5-6N纯度的太阳能电池硅产品，其电耗和水
10、耗分别只有“西门子化学法”的1/3和1/10。据报道，目前已经少量实现了对日、德等原进口国的出口。该项目先期计划年产2000吨。事实上，我国大多数物理冶金法工业的技术和工艺不成熟、其纯度（45N）和质量基本上还没有达到太阳能级硅使用的需求。物理冶金法提纯太阳能级硅材料所面临的共同问题是如何有目的性、有选择性的去除冶金法本身带来的固有的杂质问题。相关的企业对此问题认识不足，一味的只想通过去除硼来提高质量。事实上，太阳能电池材料对不同杂质是有不同的纯度要求的，硅中的金属杂质属于深能级杂质，甚至是多重能级杂质和同时是施受主的双重深能级杂质。这些杂质在硅中对少数载流子的俘获截面往往比硼和磷大2至3个数
11、量级。极少量的金属杂质所造成的硅中少数载流子的有效寿命的降低将大大降低电池的光电转换效率；因此，硅太阳能电池片中的上述各类金属杂质的对应纯度应该更高达9N以上。另一方面，氧、氮和碳等在冶金法中工艺中最难去除的非金属杂质元素对太阳能电池材料质量的影响也不清楚。高浓度的氧及其与硅中空位的络合物与金属杂质的作用、氧沉淀等都是少数载流子的复合中心，降低少子的寿命。因此，针对物理冶金法的特点，开展影响导致太阳能级硅材料质量的关键科学问题的基础科学研究是一个急待进行的项目。只有通过研究，确定是何种掺杂元素和何种元素占位影响少子寿命和少子寿命随光照时间变化的规律后，才能有针对性的对材料进行提纯工作，最终获得
12、可实用的太阳能级硅材料。目前我国已有少数几家企业能够生产小批量4N5N多晶硅。存在的主要问题是产量低、硅材料浪费严重、质量不稳定、生产工艺均是通过各家企业通过无序的摸索而获得的，没有控制精度高的标准化工艺，在进一步优化产品质量，以期获得稳定的太阳能级硅材料工艺的研发上还具有较大的盲目性。由于我国缺少半导体材料的检测研究系统，企业的产品只能送到国外去测量，不能得到就地检测，这种情况使得我们企业的工艺改进速度缓慢，同时也增加了国外送检过程中技术机密泄露的几率。另一方面，我国还缺少半导体材料的物理机制研究系统，对产品中主要进行影响材料能量转化率及衰减过程与机理及解决办法的理解和研究无法进行，各企业只
13、是一味的试图提高硅的纯度，而不是通过机理的研究，有指导性的进行工艺改进。物理冶金法提纯太阳能级多晶硅已经得到国家发改委的重视，在“国家发展改革委办公厅关于组织实施高纯硅材料高技术产业化重点专项的通知”（发改办高技2007778号）中指出：“为实现规模化生产低成本太阳能级高纯硅材料，重点开展物理法高纯硅材料生产成套技术产业化，使物理法规模化生产的高纯硅纯度达到6N以上，光伏电池组件转换效率达到15左右、寿命20年以上”。本专题针对我国物理冶炼法研究开发中所存在的技术瓶颈问题进行开展研究，其特点是首先要初步建立较为完善的半导体材料检测和物理机制研究系统，在此基础上开展基于冶金法提纯太阳能级硅应用和
14、基础研究，明确影响太阳能电池材料中少子寿命和转化效率衰减的关键性杂质元素和杂质元素的晶格占位。其次是对当前所普遍采用的工业硅冶炼工艺进行改进，发展低成本精炼法。获得基于冶金法提纯太阳能级硅若干关键技术，进行工程化技术开发，实现成果转化和产业化。(二)主要技术难题1、从硅矿石的初冶炼阶段开始改进工艺，从源头上减少对太阳能级硅质量影响最大的硼元素进入硅材料；2、开发环境友好湿法洗涤配方和技术，将初硅材料中的金属杂质降低至符合精练要求；3、开发新的高还原性添加剂和硼的固化剂，在精炼步骤中一步去除现有工艺难以去除的、影响太阳能电池材料中少子寿命和转化效率衰减的硼、碳和氧等关键性杂质元素；4、在现有的定
15、向凝固工艺的基础上，进一步发展真空定向凝固方法，由此降低磷、氮、砷等非金属元素的含量，并提高定向凝固晶块的成品率。（三）拟达到的主要技术经济指标1、提供解决硅材料中最关键杂质B、P、O的有效去除方法，使提纯后的硅材料中的B浓度低于1ppm、纯度达到大于6N以上，少子寿命大于等于10微秒。初步建成一条50公斤级的冶金法生产太阳能级硅材料的实验性工艺线。2、研究影响硅太阳能电池材料效率与寿命的机理，探索提高光电转换效率和电池寿命的有效途径，制备出光电转换效率大于15（AM1.5下）的验证性太阳能电池（理论寿命大于20年）。3、建成基于太阳能多晶硅材料性能的先进测试系统。能够对硅材料进行全元素（除H外）高精度定量检测，金属元素的检出级达
