太阳能级多晶硅
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多晶硅产品分类:多晶硅按纯度分类可以分为冶金级(工业硅)、太阳能级、电子级。
1、冶金级硅(MG):是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。
一般含Si 为90 - 95%以上,高达99.8%以上。
2、太阳级硅(SG):纯度介于冶金级硅与电子级硅之间,至今未有明确界定。
一般认为含Si在99.99 %– 99.9999%(4~6个9)。
3、电子级硅(EG):一般要求含Si > 99.9999 %以上,超高纯达到99.9999999%~99.999999999%(9~11个9)。
多晶硅生产流程:1,西门子法,改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成H C l(或外购HCl),HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3,然后对SiHCl3进行分离精馏提纯,提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。
改良西门子法包括五个主要环节:即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。
改良西门子法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太阳能级与电子级多晶硅。
改良西门子法生产多晶硅属高能耗的产业,其中电力成本约占总成本的70%左右。
2,硅烷热分解法,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,美国联合碳化物公司采用歧化法制备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。
SiH4是以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来制取,然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉中生产纯度较高的棒状多晶硅。
日本小松公司曾采用过此技术,但由于发生过严重的爆炸事故,后来就没有继续推广了。
多晶硅国标行业分类
多晶硅国标行业分类为冶金级(工业硅)、太阳能级、电子级。
多晶硅产业链上游主要为原材料及设备,包括工业硅、硅料、线切割机和铸锭机等;中游为太阳能级多晶硅、冶金级多晶硅和电子级多晶硅等产品;下游包含光伏、半导体、纺织和航空航天等应用领域。
其中,太阳能级别多晶硅一般应用于光伏生产领域,可以进一步细分为太阳能一级、太阳能二级和太阳能三级;电子级别的多晶硅对产品纯度有相对较高的要求,一般要求纯度达到9N甚至11N以上。
太阳能级多晶硅光伏组件国标是指在太阳能光伏领域中,对于多晶硅光伏组件的产品规范和标准制定的国家标准。
太阳能光伏技术作为清洁能源的重要组成部分,对于光伏组件的质量和性能有着严格的要求,因此制定一套科学合理的国家标准对于行业发展和产品质量保障都具有重要意义。
一、多晶硅光伏组件国标是什么?多晶硅光伏组件国标是我国国家标准化管理委员会依据国家法律法规,针对太阳能光伏领域中的多晶硅光伏组件的设计、生产、检测和使用等方面的技术要求和规范,经过充分调研和讨论,由行业专家和相关企业共同制定的一套国家标准。
该标准主要包括多晶硅光伏组件的尺寸、电气特性、机械强度、耐候性等多个方面的技术要求和测试方法。
二、多晶硅光伏组件国标的重要性1. 促进光伏产业技术进步太阳能光伏技术是清洁能源领域的重要技术之一,而光伏组件是太阳能光伏发电系统中的核心部件。
多晶硅光伏组件国标的制定有助于规范行业内产品的质量和性能,促进光伏产业的技术进步,从而推动整个清洁能源产业的发展。
2. 提高产品质量和市场竞争力在市场经济条件下,产品质量是企业竞争力的核心。
制定多晶硅光伏组件国标能够统一产品的技术标准和质量要求,提高产品的一致性和可比性,有助于提升企业的产品质量和市场竞争力。
3. 保障用户权益和安全性光伏组件作为太阳能发电系统中的重要组成部分,直接关系到系统的发电效率和安全性。
多晶硅光伏组件国标的制定能够明确光伏产品的技术要求和性能指标,有效保障用户的权益和安全使用光伏产品。
三、多晶硅光伏组件国标的制定与应用1. 制定过程多晶硅光伏组件国标的制定是一个系统工程,一般由国家标准化管理委员会牵头,并组织专家和相关企业进行研究和讨论。
制定过程中需充分调研国内外相关行业标准和技术要求,并结合国内光伏产业的实际情况,制定适合国内市场需求和技术水平的多晶硅光伏组件国标。
2. 应用推广多晶硅光伏组件国标一旦制定完成,将通过国家标准化管理委员会正式发布和实施。
多晶硅太阳能电池的原料主要包括高纯度的单晶硅棒和多晶硅块料。
为了降低生产成本,地面应用的太阳能电池等采用太阳能级的单晶硅棒作为原料,其材料性能指标有所放宽。
此外,有的也会使用半导体器件加工的头尾料和废次单晶硅材料,经过复拉制成太阳能电池专用的单晶硅棒。
对于多晶硅块料,它们通常是由含有大量单晶颗粒的集合体或者由废次单晶硅料和冶金级硅材料熔化浇铸而成。
在制作过程中,首先选择电阻率为100~300欧姆·厘米的多晶块料或单晶硅头尾料,然后经破碎、腐蚀、冲洗、烘干等步骤进行处理。
接下来,将处理好的多晶硅料放入浇铸炉中进行加热熔化,熔化后保温约20分钟,再注入石墨铸模中慢慢凝固冷却,最终得到多晶硅锭。
这些硅锭可以铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,提高材质利用率和方便组装。
总的来说,多晶硅太阳能电池的原料主要是高纯度的单晶硅棒和多晶硅块料,这些原料经过一系列的加工和处理,最终制成太阳能电池。
浅谈太阳能级高纯多晶硅的制备方法作者:余建张红来源:《电子世界》2012年第20期【摘要】高纯多晶硅是制备多晶硅太阳能电池的材料,同时也是制备单晶硅的前道材料,在太阳能光伏行业及集成电路行业,有着极为广泛的应用。
简要介绍几种主要的高纯多晶硅的制备技术,并探讨新型的制备技术。
【关键词】多晶硅;光伏;太阳能电池;高纯1.引言当前,我国太阳能光伏产业正处于高速发展时期,太阳能电池,尤其是多晶硅电池,对高纯多晶硅的产量和质量要求越来越高,目前,我国多晶硅产能、产量不断扩大,2010年太阳能光伏电池产量已高达21GW。
根据有关统计数据,从2005年开始,我国多晶硅产量、产能出现爆发式增长,2008年的产量已接近4500吨,产能超过一万吨;2010年,国内多晶硅产量达到4.5万吨,投产企业多达28家。
在目前的太阳能电池材料中,重心已由单晶向多晶方向发展,主要有以下几个原因:1)可供太阳能电池使用的单晶头尾料越来越少。
2)利用浇铸法和直熔法制备的高纯多晶硅,为方形形状,省去了圆形单晶硅片的划片工艺,节省了原材料。
3)近年来,多晶硅工艺不断进步,全自动浇铸炉没次可生产200kg以上多晶硅锭,晶粒尺寸更大,达到厘米级。
多晶硅制备,综合了多项相对复杂的高技术,涉及化工、电子、电气、机械和环保等多个学科。
当前,太阳能级多晶硅的制备,主要采用物理和化学的方式。
目前,国内外最常用方法是“改良西门子工艺”,此工艺占据了全球太阳能级多晶硅产量的85%以上。
但是,“改良西门子工艺”对原材料、技术的要求很高。
国内从80年代后期开始引进此工艺,虽然经过了近30年的不断发展和改进,但整体的制备工艺、关键核心设备仍依赖引进。
2.高纯石英砂制备石英砂(SiO2 99.9%)是制备多晶硅的基本原材料,主要用作半导体工业、光伏工业的原材料。
石英砂的纯度和杂质元素含量直接决定了所制备产品的好坏。
传统石英砂的制备工艺为:粗选→破碎→焙烧→水碎→粉碎→除铁→酸浸泡→浮选→去离子水冲洗→干燥等工序。
国内外太阳能级多晶硅生产企业国外厂商1、tokuyama(日本)以三氯氢硅和氢气为原料,管状炉反应器,…VLD‟工艺使用石墨管将温度升高到1500℃,三氯氢硅和氢气从石墨管上部注入,在1500℃的石墨管壁上反应生成液体硅,然后滴入底部,降温变成固体粒状硅。
此工艺研发始于1999年,除反应器外主工艺仍属西门子工艺。
2、wacker(德国)以三氯氢硅和氢气为原料,流化床反应器,工业级试验线用了两个多晶硅反应器,反应器为FBR型。
100吨试验线在2004年10月投入运行,除反应器外主工艺仍属于西门子工艺。
与保定英利签有长期合同。
德国Wacker公司与Simens公司合作开发了西门子法,并于1959年开始工业化生产多晶硅325公斤。
Wacker公司是目前世界第二大多晶硅厂,也是目前世界上最大的半导体硅材料厂之一,其产业链包括多晶硅、单晶硅(CZ和FZ)、硅片(磨片和抛光片)、太阳电池用铸锭硅和切片。
Wacker公司的多晶硅计划的增产速度较快,在短短四年中增产8400吨。
除了资金和成熟技术的实力外,更重要的是Wacker 公司也是德国最大的化学工业厂。
不仅有丰富的原辅材料,同时还有自备的水利发电厂。
3、hemlock(美国)世界第一大多晶硅生产企业。
4、EMC(美国)MEMC有2年扩张计划,由目前3800吨到2年后的8000吨,扩张部分主要为太阳能级多晶硅。
与无锡尚德签有长期合同,合同金额高达60亿美元。
5、厂商:俄罗斯:拟在乌索里-西伯尔斯科建一个年产2000吨的多晶硅厂,5年扩产至5000吨,采用俄稀有院技术。
距莫斯科200公里的巴斗尔斯克的化学冶金工厂建一个1500吨/年的硅厂,设备以购置西方为主。
俄铝业巨头拟在东西伯利亚建一个3500吨硅厂。
乌克兰:德国在乌克兰的康采恩拜尔公司以贷款方式,恢复乌克兰的两个多晶硅厂。
扎巴罗日厂生产的多晶硅以80美元/公斤价格来低偿贷款。
韩国的DC Chemical 宣布投资2.5亿美元,建立多晶硅厂。
GB/T 25074-2010 太阳能级多晶硅主要内容分类:棒状、块状、颗粒状,按等级分三级牌号1. 尺寸范围1.1破碎的块状多晶硅具有无规则的形状和随机尺寸分布,其线性尺寸最小为3mm,最大为200mm。
分布范围为:a.3-25mm的最多占重量的15%;b.25-100mm的占重量的15-35%;c.100-200mm的最少占重量的65%。
1.2颗粒状硅粒度范围为1-3mm。
1.3棒状多晶硅的直径、长度尺寸由供需双方商定。
2. 表面质量2.1块状、棒状多晶硅断面结构应致密。
2.2多晶硅免洗或经表面清洗,都应达到直接使用要求。
所有多晶硅的外观应无色斑、变色,无目视可见的污染物和氧化的外表面。
2.3多晶硅中不允许出现氧化夹层。
3. 引用标准3.1 GB/T 1550 非本征半导体材料导电类型测试方法3.2 GB/T 1551 硅单晶电阻率测定方法3.3 GB/T 1553 硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法3.4 GB/T 1557 硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法3.5 GB/T 1558硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法3.6 GB/T 4059 硅多晶气氛区熔磷检验方法3.7 GB/T 4060 硅多晶真空区熔基硼检验方法3.8 GB/T 4061 硅多晶断面夹层化学腐蚀检验方法3.9 GB/T 24574 硅单晶中Ⅲ-Ⅴ族杂质的光致发光测试方法3.10 GB/T 24581 低温傅立叶变换红外光谱法测量单晶硅中Ⅲ、Ⅴ族杂质含量的测试方法3.11 SEMI MF 1535 用微波反射光电导衰减法非接触测量硅片载流子复合寿命的测试方法4. 测试方法4.1多晶硅导电类型检验按GB/T 1550测试。
4.2多晶硅电阻率测量按GB/T 1551测试。
4.3少数载流子寿命测量按GB/T 1553或SEMI MF 1535测试。
4.4多晶硅中氧浓度测量按GB/T 1557测试。
4.5中碳浓度测量按GB/T 1558测试。
太阳能级多晶硅标准
太阳能级多晶硅是太阳能电池的主要原料,其质量和性能直接影响着太阳能电池的转换效率和稳定性。
因此,制定和执行太阳能级多晶硅标准对于保障太阳能电池的质量和推动太阳能产业的发展至关重要。
首先,太阳能级多晶硅标准需要明确多晶硅的化学成分和物理性能要求。
多晶硅的纯度、晶格结构、杂质含量等关键指标需要在标准中进行详细规定,以确保多晶硅的质量稳定和可控。
其次,太阳能级多晶硅标准还需要规定多晶硅的加工工艺要求。
多晶硅在制备太阳能电池时需要进行切割、抛光、清洗等多道工序,这些工艺对多晶硅的表面质量和纯度要求极高,因此标准需要对加工工艺进行严格规定,确保多晶硅的加工质量符合太阳能电池制造的要求。
此外,太阳能级多晶硅标准还需要考虑多晶硅的环境适应性和耐久性。
多晶硅在太阳能电池中需要长期暴露在室外环境下,因此其耐候性和抗老化性能也是制定标准时需要考虑的重要因素。
总的来说,太阳能级多晶硅标准的制定需要考虑多方面的因素,包括多晶硅的化学成分、物理性能、加工工艺、环境适应性和耐久性等。
只有通过严格的标准规范,才能保障太阳能电池的质量和性能,推动太阳能产业的健康发展。
因此,制定太阳能级多晶硅标准是当前太阳能产业发展的迫切需求,也是提高太阳能电池质量和竞争力的关键举措。
希望相关部门和行业组织能够加强合作,制定出科学合理的太阳能级多晶硅标准,为太阳能产业的发展注入新的动力。
太阳能级硅多晶1范围本文件规定了太阳能级硅多晶的术语和定义、牌号及分类、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存和质量证明书等。
本文件适用于以氯硅烷、硅烷为原料生长的棒状硅多晶或经破碎形成的块状硅多晶。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T1550非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T1551硅单晶电阻率测定方法GB/T1553硅和锗体内少数载流子寿命测定光电导衰减法GB/T1557硅晶体中间隙氧含量的红外吸收测量方法GB/T1558硅中代位碳原子含量红外吸收测量方法GB/T4059硅多晶气氛区熔基磷检验方法GB/T4060硅多晶真空区熔基硼检验方法GB/T14264半导体材料术语GB/T14844半导体材料牌号表示方法GB/T24574硅单晶中Ⅲ-Ⅴ族杂质的光致发光测试方法GB/T24581低温傅立叶变换红外光谱法测量硅单晶中Ⅲ、Ⅴ族杂质含量的测试方法GB/T24582酸浸取-电感耦合等离子质谱仪测定多晶硅表面金属杂质GB/T29057用区熔拉晶法和光谱分析法评价多晶硅棒的规程GB/T29849光伏电池用硅材料表面金属杂质含量的电感耦合等离子体质谱测量方法GB/T31854光伏电池用硅材料中金属杂质含量的电感耦合等离子体质谱测量方法GB/T35306硅单晶中碳、氧含量的测定低温傅立叶变换红外光谱法GB/T37049电子级多晶硅中基体金属杂质含量的测定电感耦合等离子体质谱法3术语和定义GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。
4牌号及分类4.1牌号太阳能级硅多晶产品牌号参照GB/T14844的规定表示。
太阳能级硅多晶根据外形分为块状和棒状,根据导电类型分为n型和p型,按技术指标的差别分为4级4.2分类。
5技术要求5.1技术指标5.1.1太阳能级硅多晶的等级及对应技术指标应符合表1的规定。
太阳能级多晶硅能耗高、污染重,让多晶硅生产企业深受诟病。
在低碳经济成为世界潮流的时候,我国多晶硅生产企业面临更大压力。
近年来,针对太阳能级多晶硅的质量要求发展起来一种新工艺——冶金法。
冶金法制备多晶硅以廉价的工业硅为原料,采用冶金技术提纯而成,工艺路线短,能耗仅为改良西门子法的20%左右,因此被认为是最有可能生产价格低廉的制造太阳能级多晶硅新技术。
为推广和不断完善冶金法生产多晶硅工艺,冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟于2009年9月底在宁夏银川成立。
新规定催生新技术为了落实国务院关于抑制包括多晶硅在内的部分行业产能过剩和低水平重复建设精神,国家发改委针对国内普遍采用的改良西门子法制备太阳能级多晶硅技术明确了技术门槛:多晶硅项目规模必须大于3000吨/年,占地面积小于6公顷/千吨多晶硅,还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%;引导、支持多晶硅企业以多种方式实现多晶硅—电厂—化工厂联营,支持节能环保太阳能级多晶硅技术开发,降低生产成本。
到2011年前,淘汰综合电耗大于200千瓦时/千克的多晶硅产能。
冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟秘书长、中国产学研合作促进会新材料专业委员会副理事长李义春介绍,当前,我国大多数多晶硅生产企业采用的是西门子法。
虽然国外的改良西门子法已经发展成熟,但一直为几家大公司所垄断,对我国进行技术封锁。
我国一些小企业采用拼凑的设备和技术生产,能耗和污染得不到有效控制,产品质量和成本均不具备优势。
赛迪公司顾问开发区咨询中心咨询师江华明确表示,我们应集中科技资源,共同研发制定中国多晶硅产业的总体布局、技术路线、工艺方法、环保和综合利用方案等,除获得成熟西门子法生产多晶硅的工艺外,加大力度对流化床法、冶金法等多晶硅生产工艺进行开发研究,并针对不同市场,形成多种工艺技术既相互竞争又各自针对合适目标协调发展的技术格局。
李义春介绍,国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用改良西门子法生产多晶硅。
用该工艺生产的多晶硅纯度较高,通常能达到9N以上,甚至10N、11N,这样才能保证电子材料的功能。
但是该技术存在成本高、能耗高、投资大以及流程复杂的问题。
目前发展迅猛的光伏产业,对多晶硅材料的要求没有那么高,一般纯度达到6N-7N就可以了。
“但是没有这样的硅片,企业就把高端的电子用多晶硅材料掺杂,降低品质后,才能用于光伏发电。
因此,应该有专门用于光伏发电的硅片生产技术。
”李义春说。
基于此,业内开始积极研究适合太阳能级多晶硅的低成本制造技术和方法。
新技术的优势“改良西门子法满足的是信息电子对多晶硅的高纯度能级要求,但太阳能光伏电池并不需要如此高的纯度,这的确给成本更低的冶金法制备多晶硅技术带来了新的机遇。
”中国工程院院士闻立时说。
2008年6月,阿特斯光伏科技有限公司在全球率先宣布,他们用冶金法生产的多晶硅成功开发出太阳能电池模组组件,并被国际太阳能光伏领域的主流厂商所接受。
李义春介绍,几年前,人们对冶金法还处在摸索阶段,近几年由于市场驱动,很多企业和机构都投入大量精力研究。
目前我国几家主流的单位都取得了突破,而且技术越来越好,关键技术指标达到了要求,制成了光伏电池。
宁夏发电集团在冶金法太阳能级多晶硅的研发、生产和应用方面进行了开拓性的工作。
2008年9月,该集团在全国第一个采用冶金法多晶硅建设的330KWp光伏电站在银川并网发电;2009年9月,该集团太阳山10MWp光伏电站中的2.5MWp成功并网发电,其电池组件所用多晶硅、单晶硅全部采用冶金法生产。
阿特斯公司目前已经同时在一些国家和地区的工厂利用改良西门子法和冶金法制备多晶硅,并对两种制备方法进行实时跟踪比较。
该公司提供的两种制备方法数据显示,冶金法尽管目前在纯度方面有待改进,但其成本更低、更环保以及投产回报周期更短等优势已经逐渐显露。
“我们已经通过实践证明,冶金法是可行的,根据我们实际生产的数据来看,改良西门子法目前制备多晶硅的成本是30-60美元/千克,而冶金法只需要10-25美元/千克。
而且冶金法的转化效率已经达到了14%-15.5%,通过未来持续的一些技术改进,冶金法将可以逐步替代西门子法。
” 阿特斯太阳能光电(苏州)有限公司研发总监陈根茂说。
“尽管冶金法有着成本更低、能耗更低的优点,但纯度不高问题一直没有得到解决。
”中国科学院研究员王文静直言,冶金法短板仍存。
技术有待改进“冶金法现在仍然面临着很多问题,很多技术难点没有解决,未来能不能成为光伏发电材料的主流技术工艺,还是一个未知数。
现在最紧迫的是,先通过研究弄清楚如何解决冶金法的一些除杂的技术难题,然后才是大规模推广的问题。
”闻立时直言不讳。
在20世纪30年代,曾有过外国学者研究证明,冶金法生产的多晶硅理论上可以达到7N,但其无法满足半导体的纯度要求,研究一度停滞。
后来的研究并不深入,目前,能够稳定生产的冶金法多晶硅纯度也仅在5N-6N之间。
李义春也坦诚,冶金法存在生产方式比较粗糙,工艺有待优化和提升,设备有待完善等问题。
“冶金法是民间自发研究推动,政府并无过多的引导和投入,产业还处于起步阶段,争论多是正常的,但我们仍然需要强调诚信。
”厦门市三晶阳光电力有限公司董事长郑智雄表示,冶金法的确仍存在问题,但更重要的是,整个产业的人需要诚信以对,以此奠定产业发展基础。
三晶阳光正试图打造一个从硅原料到多晶硅制备以及电池组装系统集成的垂直产业链。
“我们准备在应用方面进行全面的调整,即通过改进后端的工艺,来弥补前端多晶硅纯度不够的问题,我相信这可以做到。
”“以前是改良西门子法一法独大,但现在的产业发展情况是,硅烷法和冶金法以及改良西门子法已经是三足鼎立,各自占据一部分市场。
”闻立时说,这的确是成本低、投资回报时间短的冶金法制备太阳能多晶硅的机会。
“如果冶金法能发展起来,整个材料领域的竞争会更加充分,最终是用户受益,成本降低。
”据介绍,改良西门子法生产的晶体硅纯度在9N~12N,是电子级的,而太阳能级晶体硅的纯度只要求6N,即使采用了9N以上的多晶硅,在拉制太阳能单晶棒或多晶硅铸锭时,还是要添加进受主杂质,将纯度降低到6N左右来使用。
显然,目前用电子级晶体硅制备太阳电池大大增加了电池的成本。
这就给冶金法制备多晶硅提供了新的机遇。
宁夏发电集团公司副总经理关宁介绍,冶金法多晶硅制备技术的优势在于:投资少、能耗低、低成本、环境友好、生产规模可大可小、建厂容易、成本下降空间大、易推广。
“冶金法的发展现状是,目前只有少数企业真正实现了技术突破并实现了产业化,而大部分企业还没有实现技术突破。
”关宁说。
冶金法同其他生产技术相比,无论从投入、能耗、环境还是成本,都是一个先进的方法。
作为一个新工艺,技术的进步需要过程,取得行业的认同也需要一个过程。
他表示,目前太阳能光伏产业大力发展冶金法技术需要重点解决两方面的问题:一是解决认识上的问题,如何让更多的人认识到冶金法技术投资省、能耗低、成本小、环境友好的优越性,认可冶金法多晶硅产品;二是解决技术推广的问题,如何让更多的人掌握冶金法多晶硅生产技术。
解决这些问题,需要政府的引导和市场环境的培育,更需要媒体的关注与宣传。
根据低成本太阳能级多晶硅及其电池的要求和冶金法的原理及国内外研发单位的经验,冶金法生产多晶硅技术路线可以分为三个节点:首先从源头,也就是从原料开始就控制杂质含量,特别是控制危害最大的硼和磷的含量,而不是等将硼和磷融入工业硅后才千方百计从中脱除。
其次是采用各种冶金方法进行净化提纯,得到太阳能级的多晶硅;最后是多晶硅的铸锭或单晶拉制以及切片过程,在此过程中应当考虑如何控制施主和受主杂质,得到合适的电阻率和少子寿命。
结合工业硅的生产工艺,在矿热炉内,用精选、处理过的硅石、石墨电极和石油焦等还原剂为原料,通过高温还原制得2N~3N左右的冶金硅。
精选过程可以根据各家公司的情况进行(例如采用原料预处理工艺来控制对太阳能多晶硅危害最大的硼和磷在原料中的含量等)。
将制得的冶金硅利用冶炼炉的余温,在液态下进行炉外精炼(主要是造渣、吹气,进一步除硼、磷、碳和金属杂质)后,得到3N~4N的高纯冶金硅。
紧接着将3N~4N的高纯冶金硅通过各种提纯方法(例如:湿法酸洗除金属、真空电子束熔炼除磷、除金属杂质和真空等离子束氧化除硼,电磁真空熔炼除磷,湿氢法除硼等技术手段)进行进一步提纯,除去难以提纯的非金属和轻金属杂质,然后进行定向凝固除金属杂质。
将定向凝固后获得的柱状太阳能级多晶硅进行切锭检测,合格产品直接送去拉单晶或铸锭切片,不合格的硅片回收再次提纯。
冶金法多晶硅由于工艺路线的原因,是将金属硅的杂质逐步提纯到太阳能所需的6N级,而不像西门子法那样,先提纯到9N以上,再掺杂到6N级。
加上历史只有短短几年,不像西门子法已经经历近50年的大规模生产,因此,电池的效率虽然迅速提高,但到2009年为止,还是比西门子法要低一些。
所以,在每次行业的各类研讨会上,专家们总是集中在冶金法多晶硅的纯度、电阻率、少子寿命、转换效率、光致衰减等技术指标上。
但从2009年开始,这种情况发生了改变。
尽管对于上述问题的讨论依然存在,但话题已经更多地转向了诸如产能、装机容量、寿命、投资、成本等产业化的经济指标方面。
冶金法是近年来针对太阳能级多晶硅(SoG-Si)的质量要求发展起来的新工艺。
由于是以廉价的冶金硅为原料,工艺路线短,能耗仅为改良西门子法的20%左右,因此被认为最有可能生产价格低廉的SoG-Si的新技术。
冶金法制备多晶硅具有成本低、耗能低、投资少、环境友好等优点。
相对成熟的改良西门子法而言,冶金法是新技术新工艺,大规模稳定生产的技术还不成熟。
冶金法太阳能多晶硅工艺,是目前国际上公认的能够替代西门子法的最有前景的工艺路线。
在美国2009年的晶体硅技术研讨会上,多家光伏巨头都将冶金法太阳能多晶硅作为今后光伏电池降低成本的主要工艺路线。
近年来我国的冶金法研发工作取得了重大技术进展,技术达到了国际先进水平并拥有核心知识产权,目前正处于大规模工业化生产的初级阶段。
我国的冶金法多晶硅行业也存在着一定的问题,主要表现在:规模普遍较小,技术交流与协作少,技术水平参差不齐;生产装备和工艺还比较落后,大规模稳定生产的技术还不成熟;光伏发电成本主要取决于多晶硅材料的生产成本,而目前光伏发电电价目前仍高于火力发电,需要国家的政策支持和政府补贴。
宁夏发电集团独辟蹊径,用冶金物理法生产出合格的6N~7N太阳能级多晶硅,形成了从硅矿石到太阳能光伏电站的完整太阳能光伏产业链。
宁夏发电集团的冶金法多晶硅生产技术具有完全的自主知识产权,在技术上已经实现完全突破,总体工艺技术与国际同类技术保持同等水平,不存在任何技术问题和技术瓶颈。
目前我们需要做的主要工作就是继续进行工艺改进和优化,进一步降低成本,扩大市场,推广应用。