科研成果
硅烷法制備25t/a太陽能級多晶硅工藝及設(shè)備
上傳時間：2014-05-10 作者：
多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料，是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對多晶硅的需求量迅速增長。據(jù)預(yù)測，國際市場：2008年后全球太陽能光伏發(fā)電增長幅度將超過40%。按照歐洲光伏工業(yè)協(xié)會（EPIA）對于未來太陽能電池的需求分析，預(yù)計到2010年全球多晶硅需求量將達(dá)到115000噸。據(jù)國際光伏組織預(yù)測，全球多晶硅的供應(yīng)缺口達(dá)45000噸以上。國內(nèi)市場：如果目前在建和擴(kuò)建項目全部達(dá)產(chǎn)，2008年以后多晶硅產(chǎn)能將達(dá)到4000～5000噸／年。由于國內(nèi)太陽能電池產(chǎn)業(yè)年增長速度達(dá)到35％～5O％，行業(yè)預(yù)測到2010年我國多晶硅需求量將達(dá)到12000噸/年，缺口達(dá)到7000～8000噸／年。
現(xiàn)有的多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有：改良西門子法、冶金法、硅烷法。
改良西門子法：1955年，西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣（H2）還原三氯氫硅（SiHCl3）在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù)，并于l957年開始了規(guī)模生產(chǎn)，這就是通常所說的西門子法。在西門子法工藝的基礎(chǔ)上，通過增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、四氯化硅（SiC14）氫化工藝，實現(xiàn)了閉路循環(huán)，于是形成了改良西門子法。改良西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣（Cl2）和H2合成氯化氫（HCl）(或外購HC1)，HC1和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成SiHC13，然后對SiHC13進(jìn)行分離精餾提純，提純后的SiHCl3在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)得到高純多晶硅。改良西門子法生產(chǎn)歷史悠久，制備的多晶硅純度較高，安全性較好，該法制備的多晶硅還具有同時滿足直拉和區(qū)熔要求的優(yōu)點。但改良西門子法生產(chǎn)多晶硅屬高能耗的產(chǎn)業(yè)，其中電力成本約占總成本的70％左右，同時具有工藝流程長、投資大、技術(shù)操作難度大等缺點。目前該技術(shù)主要掌握在美國、日本、德國等國家的主要生產(chǎn)廠商中。我國大部分多晶硅生產(chǎn)廠家主要采用該技術(shù)，但該技術(shù)主要都是從俄羅斯引進(jìn)，由于國外技術(shù)封鎖，我國并沒有掌握核心技術(shù)，因此對技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用需要較長的整合研制周期。
冶金法：俗稱“三步法”，即以單向凝固等手段去除金屬雜質(zhì)；采用等離子體融解爐等方式除去硼；采用電子束融解爐等方式去除磷、碳，從而最后制成低成本的太陽能級多晶硅。冶金法的主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，除去硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中除去硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，之后除去第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中除去磷和碳雜質(zhì)，直接生成出太陽能級多晶硅。國外對冶金法研究至少已有25年時間，但是至今還不能真正為光伏產(chǎn)業(yè)提供質(zhì)量合格的硅材料。因此，試圖用冶金精煉方法生產(chǎn)出滿足太陽能電池質(zhì)量要求的多晶硅不是近期可達(dá)到的。
硅烷法：即利用硅烷(SiH4)的熱分解反應(yīng)制取高純硅，因硅烷制備方法不同于日本Komatsu發(fā)明的硅化鎂法、美國Union Carbide發(fā)明的歧化法、美國MEMC采用的鋁氫化鈉（NaAlH4）與四氟化硅（SiF4）反應(yīng)方法。新硅烷法近幾年發(fā)展較快，確實有許多改良西門子法無法比擬的優(yōu)點。諸如硅烷熱分解溫度較低、耗電少、硅烷容易提純、產(chǎn)品純度高、原料消耗低等，是一種有發(fā)展前景的新工藝。
目前我們掌握硅化鎂法制硅烷的多晶硅生產(chǎn)工藝的整套核心技術(shù)并且具有工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)驗，依據(jù)我們工藝技術(shù)優(yōu)勢及多年的真空設(shè)備研發(fā)制造經(jīng)驗，有能力設(shè)計開發(fā)硅烷法制備25/a太陽能級多晶硅工藝及設(shè)備，研制生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品及成套設(shè)備。目前，我們?yōu)閲鴥?nèi)唯一掌握該技術(shù)的企業(yè)。
該項目工藝產(chǎn)品檢測達(dá)到7N以上，直拉法單晶N型，電阻率270Ω•cm，載流子壽命可達(dá)360ms。區(qū)熔法拉制5次，為N型，電阻率5000Ω•cm；拉制11次為P型，電阻率為30000Ω•cm，載流子壽命可達(dá)360ms，用此硅片制作的高壓硅堆能耐壓2000V。
