3118com云顶集团(中国)有限公司

多晶硅生产工艺主要有哪些?多晶硅特点是什么?

时间:2021年05月25日 11:24:5 点击次数:951来源:原创

多晶硅是单质硅的一种形态。多晶硅被喻为微电子产业和光伏产业的“基石”,多晶硅生产工艺主要包括三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化(有的采用氯氢化),精馏,还原,尾气回收,还有一些小的主项,制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。

多晶硅生产工艺主要有哪些

多晶硅是由硅纯度较低的冶金级硅提炼而来,由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同,因此生产工艺技术不同;进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异,各有技术特点和技术秘密,总的来说,目前国际上多晶硅生产主要的传统工艺有:改良西门子法、硅烷法和流化床法。

改良西门子法是目前主流的生产方法,采用此方法生产的多晶硅约占多晶硅全球总产量的85%。但这种提炼技术的核心工艺仅仅掌握在美、德、日等7家主要硅料厂商手中。这些企业的产品占全球多晶硅总产量的90%,它们形成的企业联盟实行技术封锁,严禁技术转让。短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。

多晶硅生产工艺详细先容:

一、改良西门子法

1955年,西门子企业成功开发了利用氢气还原三氯硅烷(SiHCl3)在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术,并于1957年开始了工业规模的生产,这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上,通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺,实现了闭路循环,于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。

改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl(或外购HCl),HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3,分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原,通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。

改良西门子法包括五个主要环节:SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉,降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺,明显降低了原辅材料的消耗。

改良西门子法制备的多晶硅纯度高,安全性好,沉积速率为8~10μm/min,一次通过的转换效率为5%~20%,相比硅烷法、流化床法,其沉积速率与转换效率是最高的。

沉积温度为1100℃,仅次于SiCl4(1200℃),所以电耗也较高,为120 kWh/kg(还原电耗)。改良西门子法生产多晶硅属于高能耗的产业,其中电力成本约占总成本的70%左右。SiHCl3还原时一般不生产硅粉,有利于连续操作。

该法制备的多晶硅还具有价格比较低、可同时满足直拉和区熔要求的优点。因此是目前生产多晶硅最为成熟、投资风险最小、最容易扩建的工艺,国内外现有的多晶硅厂大多采用此法生产SOG硅与EG硅,所生产的多晶硅占当今世界总产量的70~80%。

二、硅烷法

1956年,英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷(SiH4)热分解制备多晶硅的方法,即通常所说的硅烷法。1959年,日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来,美国联合碳化合物企业采用歧化法制备SiH4,并综合上述工艺且加以改进,便诞生了生产多晶硅的新硅烷法。

硅烷法以氟硅酸、钠、铝、氢气为主要原辅材料,通过SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取SiH4,然后将SiH4气提纯后通过SiH4热分解生产纯度较高的棒状多晶硅。硅烷法与改良西门子法接近,只是中间产品不同:改良西门子法的中间产品是SiHCl3;而硅烷法的中间产品是SiH4。

硅烷法存在成本高、硅烷易爆炸、安全性低的缺点;另外整个过程的总转换效率为0.3,转换效率低;整个过程要反复加热和冷却,耗能高;SiH4分解时容易在气相成核,所以在反应室内生成硅的粉尘,损失达10%~20%,使硅烷法沉积速率(3~8μm/min)仅为西门子法的1/10。

三、流化床法

流化床法是美国联合碳化合物企业早年研发的多晶硅制备工艺技术。该方法是以SiCl4(或SiF4)、H2、HCl和冶金硅为原料在高温高压流化床(沸腾床)内生成SiHCl3,将SiHCl3再进一步歧化加氢反应生成SiH2Cl2,继而生成SiH4气。制得的SiH4气通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅产品。

由于在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大,故该方法生产效率高、电耗较低、成本低。该方法的缺点是安全性较差,危险性较大;生长速率较低(4~6μm/min);一次转换效率低,只有2%~10%;还原温度高(1 200℃),能耗高(达250 kWh/kg),产量低。

目前采用该方法生产颗粒状多晶硅的企业主要有:挪威REC企业、德国Wacker企业、美国Hemlock和MEMC企业等。

挪威REC企业是一家业务贯穿整个太阳能行业产业链的企业。该企业利用硅烷气为原料,采用流化床反应炉闭环工艺分解出粒状多晶硅,且基本上不产生副产品和废弃物。这一特有专利技术使得REC企业在全球太阳能行业中处于独一无二的低位。

REC企业还积极开发新型流化床反应器技术(FBR),该技术使多晶硅在流化床反应器中沉积,而不是在传统的热解沉积炉或西门子反应器中沉积,因而可极大地降低建厂投资和生产能耗。2006年计划新建利用该技术生产太阳能级多晶硅的工厂,预计2008年达产,产能6500t。

此外,REC正积极开发流化床多晶硅沉积技术(Fluidized Bed Polysilicon Deposition,预计2008年用于试产)和改良的西门子反应器技术(Modified Siemens-reactor technology)。

德国Wacker企业开发了一套全新的粒状多晶硅流化床反应器技术生产工艺。该工艺基于流化床技术(以SiHCl3为给料),已在两台实验反应堆中进行了工业化规模的生产试验。

多晶硅的特点

结束语:随着市场对多晶硅需求的不断增长,多晶硅的生产工艺逐步趋于成熟,与此同时新的生产工艺也在不断涌现,但低成本,低能耗,和高效率及环境友好始终是人们追求的目标,如果我国能顺应当前发展的趋势,探索出一条具有中国特色的低成本太阳能级多晶硅的工艺路线,中国的光伏产业将会赢得极好的发展机遇和战略优势,在世界光伏行业奏出华丽的乐章。

准备好讨论你的项目了吗?
点击询盘提交您的项目,大家将及时与您联系
询盘
在线询盘
请提交您的相关信息,大家会及时联系你
  •    
迈贝特(厦门)新能源有限企业 地址:福建厦门市集美区苏山路45号 传真:+86-592-6771575
FOLLOW US

400-855-1855

0592-3754999

邮箱:sales@mbt-energy.com 售后:service@mbt-energy.com
Top

3118com云顶集团|3118com云顶集团

XML 地图 | Sitemap 地图