多晶硅的性质、用途、冶炼方法以及工艺流程图
多晶硅
多晶硅简介、多晶硅（polycrystalline silicon由大量结晶学方向不相同的硅单晶体组成的硅晶体），单质硅的一种形态。
高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，能与几乎任何材料作用[1]。
具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料。
多晶硅又是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
被称为“微电子大厦的基石”。
从目前国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。
室温下质脆，切割时易碎裂。
加热至800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。
常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。
高温熔融状态下，晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法。
西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅，为了提高原料利用率和环境友好，在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法西门子法。
该工艺将工业硅粉与HCl反应，加工成SiHCI3 ，再让SiHCl3在H2气氛的还原炉中还原沉积得到多晶硅。
还原炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl经过分离后再循环利用。
硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶种上沉积，从而得到颗粒状多晶硅。
改良西门子法和硅烷法主要生产电子级晶体硅，也可以生产太阳能级多晶硅。
硅烷法硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中，是硅烷裂解并在晶种上沉积，从而得到颗粒状多晶硅。
因硅烷制备方法不同，有日本Komatsu发明的硅化镁法，其具体流程如图所示、美国Union Carbide 发明的歧化法、美国MEMC采用的NaAlH4与SiF4反应方法。
硅化镁法是用Mg2Si与NH C1在液氨中反应生成硅烷。
该法由于原料消耗量大，成本高，危险性大，而没有推广，目前只有日本Komatsu使用此法。
多晶硅生产工艺流程
多晶硅生产工艺流程
《多晶硅生产工艺流程》
多晶硅是一种常见的半导体材料，广泛应用于光伏发电、集成电路和光电器件等领域。
多晶硅的生产工艺流程主要包括石英矿石提炼、气相法制备、液相法制备和晶体生长等几个主要步骤。
首先，石英矿石提炼是多晶硅生产工艺的第一步。
石英矿石是多晶硅的原料，通过石英矿石提炼可以得到高纯度的二氧化硅。
高纯度的二氧化硅是制备多晶硅的重要原料，其纯度和质量对多晶硅的品质有着重要影响。
接下来是气相法制备。
气相法制备多晶硅是目前最常用的生产工艺之一。
该工艺利用氯化硅和氢气作为原料，在高温炉中反应生成三氯化硅，再通过还原反应得到多晶硅。
在这一过程中，要控制好温度、压力和气相成分等参数，以确保多晶硅的纯度和晶体结构的良好性能。
除了气相法制备外，液相法制备也是一种常见的多晶硅生产工艺。
液相法制备多晶硅是利用高纯度的硅溶液，在特定条件下结晶成多晶硅体。
这种工艺比气相法更容易控制晶体形貌和性能，但也需要严格控制各种条件参数，以确保多晶硅的品质。
最后一步是晶体生长。
多晶硅晶体生长是制备高纯度、大尺寸多晶硅的关键步骤。
通过合理设计工艺和设备，控制晶体生长速率和结晶方向，可以获得高质量的多晶硅晶体。
总的来说，多晶硅的生产工艺流程包括石英矿石提炼、气相法制备、液相法制备和晶体生长等几个主要步骤。
通过合理控制工艺参数和采用高质量的原料，可以获得高纯度、优质的多晶硅产品，满足不同领域的应用需求。
多晶硅简介演示
上游供应链情况
原料
多晶硅的生产原料主要包 括三氯氢硅、四氯化硅等 ，这些原料主要由其他基 础化工行业提供。
能源
多晶硅生产过程中需要大 量的电能，因此电力成本 是影响多晶硅生产的重要 因素之一。
其他辅助材料
多晶硅生产还需要一些辅 助材料，如触媒、硅芯等 。
下游应用领域情况
太阳能光伏产业
多晶硅是太阳能光伏产业的核心 原材料，主要用于制造太阳能电
池片和组件。
半导体产业
多晶硅也是半导体产业的重要原材 料，用于制造集成电路、分立器件 等半导体产品。
其他应用领域
多晶硅还可以应用于电力电子、化 学制品等领域。
05
多晶硅的技术与研发动态
现有技术及改进方向
现有技术
04
多晶硅的竞争格局与产业链
主要生产商与市场份额
保利协鑫（无锡）新能源材料股份有限公司 市场份额：约25%
产能：18万吨
主要生产商与市场份额
通威股份有限公司 市场份额：约20%
产能：15万吨
主要生产商与市场份额
亚洲硅业（青海）股份有限公司 市场份额：约15%
产能：12万吨
主要生产商与市场份额
多晶硅简介演示
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目录
• 多晶硅的基本性质 • 多晶硅的生产工艺 • 多晶硅的市场与发展趋势 • 多晶硅的竞争格局与产业链 • 多晶硅的技术与研发动态
01
多晶硅的基本性质
定义与性质
定义
多晶硅是一种由硅原子组成的固体材料，其结构由不同大小的晶胞组成。
性质
多晶硅具有高纯度、高密度、低电阻率和热稳定性等特点，同时具有优良的物 理和化学性能。
多晶硅片生产工艺流程
多晶硅片生产工艺流程引言多晶硅片是太阳能电池等光电子器件的重要材料之一，其制备工艺具有关键性的影响。
本文将介绍多晶硅片的生产工艺流程，包括原料准备、硅熔炼、晶体生长、切割和清洗等环节。
一、原料准备多晶硅片的原料主要是硅石，经过粉碎、磁选等工艺，得到符合要求的硅石粉末。
硅石粉末中的杂质含量需要经过化学分析确定，以保证最终硅片的质量。
在原料准备阶段，还需要准备其他辅助材料，如硅片生长所需的石墨坩埚、保护板等。
二、硅熔炼硅熔炼是多晶硅片生产中的关键工艺环节。
首先，将准备好的硅石粉末放入炉中，加入适量的还原剂和助熔剂。
然后，将炉温逐渐升高到适宜的熔点。
在熔融过程中，还需要对炉膛中的气氛进行控制，以防止氧化和杂质的混入。
熔融后的硅液通过特定的铸锭装置冷却凝固，形成硅锭。
三、晶体生长晶体生长是将硅锭中的硅液形成单晶体的过程。
首先，将硅锭放入晶体生长炉中，在适宜的温度下进行升温。
随着温度升高，硅液从硅锭顶部逐渐下降，形成固态的硅单晶体。
在晶体生长过程中，需要控制炉温、拉速等参数，以获得理想的晶体结构和形状。
四、切割切割是将生长好的硅单晶体切成薄片的过程。
首先，在硅单晶体的表面进行纹理化处理，以提高光的吸收效率。
然后，将硅单晶体切割成薄片，通常采用金刚石线锯或者刀片进行切割。
切割后的硅片需要经过多次精密的平整和清洗工艺，以保证其表面的光洁度和纯净度。
五、清洗多晶硅片在生产过程中容易受到各种污染，因此清洗是不可或缺的环节。
首先，将切割好的硅片浸泡在溶剂中去除表面的油污和杂质。
接着，采用酸洗和碱洗的方法，去除硅片表面的氧化物和有机物。
最后，通过纯水冲洗，彻底去除残留的杂质和化学物质。
清洗后的硅片需要进行干燥处理，以保证表面的干净和光洁。
六、总结多晶硅片的生产工艺流程包括原料准备、硅熔炼、晶体生长、切割和清洗等环节。
每一个环节的控制都对最终的多晶硅片的质量和性能起着重要的影响。
通过不断优化和改进工艺流程，可以提高多晶硅片的生产效率和质量，推动光电子器件产业的发展。
多晶硅生产工艺流程
多晶硅生产工艺流程多晶硅是一种用途广泛的工业材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路、半导体等领域。
多晶硅的生产工艺流程主要包括原料制备、电炉熔炼、晶体生长、切片和加工等环节。
首先是原料制备环节。
多晶硅的主要原料是硅矿石，经过破碎、磨矿和洗选等工艺处理后，得到纯度较高的硅精矿。
然后将硅精矿与还原剂（通常为石油焦）按一定比例混合，经过球磨、混合搅拌、干燥等工艺，制备成混合料。
接下来是电炉熔炼环节。
混合料被装入电炉中，通过电阻加热进行熔炼。
电炉熔炼一般采用直流电弧炉，将石墨电极插入炉膛，通过电弧放电进行加热。
在炉内加热过程中，还原剂与硅矿石反应生成高纯度的硅气体，硅气体进一步沉积在电炉底部，形成多晶硅块。
然后是晶体生长环节。
多晶硅块被切割成合适大小的块状样品，放入石英坩埚中，加入适量的溶剂，并在真空条件下进行加热。
在加热的过程中，多晶硅块逐渐熔化，并逐渐结晶形成单晶硅棒。
晶体生长的过程需要严格控制温度、压力和气氛等参数，以确保晶体的纯度和质量。
然后是切片环节。
多晶硅棒经过冷却后，形成硬度较大的硅棒样品。
然后，硅棒样品被切割成薄片，常用的切割方法有线锯和切割盘。
切割得到的硅片需要进行表面处理，通常使用酸洗或化学机械抛光等方法，以去除表面的氧化物和杂质。
最后是加工环节。
切割得到的硅片经过清洗、干燥、检测等工艺处理后，可以按照需要进行加工。
常见的加工方法包括腐蚀、薄片择优、掺杂、扩散、光刻、薄膜沉积、金属化、封装等步骤，以制备出最终的多晶硅产品。
多晶硅的生产工艺流程复杂而精细，需要严格控制各个环节的参数和工艺条件，以确保产品的质量。
随着科技的不断发展，多晶硅的生产工艺也在不断改进和创新，以满足不同领域对多晶硅材料的需求。
多晶硅生产工艺流程
多晶硅生产工艺流程1.原料准备：多晶硅的主要原料是二氧化硅（SiO2）。
二氧化硅可以通过石英砂的氧化或由硅酸盐矿石提取得到。
在这一阶段，原料经过破碎和乳磨处理，使其达到所需的颗粒度和纯度要求。
2.冶炼：原料经过冶炼处理，通常采用电弧炉。
将原料装入电弧炉中，电极产生电弧，在高温下使原料中的二氧化硅还原为Si元素。
此时，通过调节电弧能量和保护气氛，可以控制冶炼过程中硅的还原率和杂质含量。
3. 晶体生长：冶炼得到的熔体在结晶炉中逐渐冷却形成固态晶体。
晶体生长通常分为凝固和维持两个阶段。
在凝固阶段，通过从熔体中引出硅棒（seed rod）开始结晶。
维持阶段是为了确保晶体的一致性和品质，稳定恒温和恒噪声的条件。
4.修整和截切：生长得到的多晶硅棒经过修整和截切。
修整是将棒顶部和侧面修整成规定的形状和尺寸。
截切是将棒切割成整块多晶硅圆片，供下一步加工使用。
5.加工：截切得到的多晶硅圆片经过机械加工和化学加工，准备成为太阳能电池片的衬底材料。
机械加工包括剪切、研磨和抛光，以去除表面缺陷和提高光学性能。
化学加工则是通过腐蚀和蚀刻来改善表面质量和减少电阻。
6.染色：在加工完成后，多晶硅圆片表面通常会进行染色。
染色是为了增加表面的光吸收能力，提高太阳能电池的光电转换效率。
常见的染色方法有浸渍染色和蘸涂染色。
7.电池芯片制造：染色后的多晶硅圆片经过腐蚀和清洗，然后通过光刻、扩散、沟槽加工等步骤，制备成太阳能电池芯片。
光刻是指用光刻胶进行图案制作，并以光为媒介进行刻蚀或扩散。
扩散是为了向硅片中掺入杂质，形成p型和n型硅层，形成p-n结，并在结界面形成能提高光电转换效率的电场。
8.封装和测试：电池芯片完成后，进行封装和测试。
封装是将电池芯片与电路连接、封装成太阳能电池模组。
测试是通过电流-电压曲线、光谱响应和效率测量等方法，对太阳能电池进行性能评估和质量控制。
以上是多晶硅生产的基本流程。
不同工厂和生产线可能会有一些细微的差别和特殊要求。
多晶硅的原理和应用
多晶硅的原理和应用1. 多晶硅的概述多晶硅（Polycrystalline Silicon）是一种具有多个晶体结构的硅材料，通常由多个小晶体组成。
它在半导体工业中有着广泛的应用，并且是太阳能电池的主要材料之一。
2. 多晶硅的制备方法多晶硅的制备方法主要有以下几种： - 气相法：通过将高纯度硅源气体在高温下进行热解，生成多晶硅。
- 溶液法：将硅源与溶剂混合，在适当的条件下控制温度和浓度，形成多晶硅。
- 化学气相沉积法（CVD法）：在合适的反应器中，通过气相反应在基片上沉积多晶硅。
- 转盘工艺：将硅源液滴滴在旋转的基片上，形成多晶硅的薄膜。
3. 多晶硅的特性多晶硅具有以下一些特性：- 晶体结构不规则：由于多晶硅由多个小晶体组成，其晶体结构不规则，导致一些物理性质的差异。
- 导电性能良好：多晶硅具有较高的导电性能，是半导体材料中常用的材料之一。
- 光吸收性能强：多晶硅对光的吸收率较高，使其在太阳能电池领域有着重要的应用。
- 热导性能较好：多晶硅具有较好的热导性能，可用于制造散热器件等。
4. 多晶硅的应用领域多晶硅在各个领域都有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：4.1 太阳能电池多晶硅是太阳能电池的主要材料之一，由于其光吸收性能强，可以将光转化为电能。
在太阳能电池中，多晶硅通常被用作基础材料，通过光的照射，产生光生电效应，将光能转化为电能。
4.2 半导体行业多晶硅在半导体行业中有着广泛的应用。
它可以用作制造晶体管、光电器件、传感器等器件的基础材料。
多晶硅具有良好的导电性能和热导性能，可以有效地传导电流和热量。
4.3 光学材料多晶硅在光学材料中也有一定的应用。
由于其对光的吸收性能强，在一些光学器件中可以作为光吸收层使用。
此外，多晶硅还可以通过控制晶体结构来调节其光学性能，满足不同光学应用的需求。
4.4 散热器件由于多晶硅具有良好的热导性能，可以有效地传导热量，因此在散热器件中有着一定的应用。
多晶硅生产工艺流程(3篇)
第1篇一、引言多晶硅是光伏产业和半导体产业的重要原材料，广泛应用于太阳能电池、太阳能热利用、半导体器件等领域。
随着新能源产业的快速发展，对多晶硅的需求量日益增加。
本文将详细介绍多晶硅的生产工艺流程，旨在为相关企业和研究人员提供参考。
二、多晶硅生产工艺流程概述多晶硅的生产工艺流程主要包括以下几个阶段：原料处理、还原反应、熔融提纯、铸造、切割、清洗、包装等。
三、多晶硅生产工艺流程详解1. 原料处理多晶硅的生产原料主要是冶金级硅（Si），其含量在98%以上。
首先，将冶金级硅进行破碎、研磨等处理，使其达到一定的粒度要求。
2. 还原反应还原反应是多晶硅生产的关键环节，其主要目的是将冶金级硅中的杂质去除，得到高纯度的多晶硅。
还原反应分为以下几个步骤：（1）将处理后的冶金级硅加入还原炉中。
（2）在还原炉中通入还原剂，如碳、氢气等，与冶金级硅发生还原反应。
（3）在还原过程中，炉内温度保持在约1100℃左右，反应时间为几小时至几十小时。
（4）反应结束后，将还原炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。
3. 熔融提纯还原反应得到的粗多晶硅中仍含有一定的杂质，需要通过熔融提纯的方法进一步去除。
熔融提纯主要包括以下几个步骤：（1）将粗多晶硅加入熔融炉中。
（2）在熔融炉中通入提纯剂，如氢气、氯气等，与粗多晶硅发生反应，生成挥发性杂质。
（3）将挥发性杂质通过炉顶排气系统排出，实现提纯。
（4）提纯结束后，将熔融炉内的物料进行冷却、破碎、研磨等处理。
4. 铸造将提纯后的多晶硅熔体倒入铸造炉中，进行铸造。
铸造过程主要包括以下几个步骤：（1）将熔融的多晶硅倒入铸锭模具中。
（2）在铸锭模具中通入冷却水，使多晶硅迅速凝固。
（3）待多晶硅凝固后，将铸锭模具从熔融炉中取出，得到多晶硅铸锭。
5. 切割将多晶硅铸锭切割成所需尺寸的硅片。
切割过程主要包括以下几个步骤：（1）将多晶硅铸锭放置在切割机上。
（2）在切割机上安装切割刀片，将多晶硅铸锭切割成硅片。
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硅烷不但制造成本高，而且是有毒、易燃、易爆、 安全性差，因此，工业生产中，硅烷热分解法的 应用不及西门子法。
流化床反应法
流态床反应法以 四氯化硅、氢气、 氯化氢和工业硅 为原料在流化床 内高温高压下生 成三氯氢硅，将 三氯氢硅再进一 步歧化加氢反应 生成二氯二氢硅， 继而生成硅烷气。 制得的硅烷气通 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。
合格多晶硅 （粒状）
脱氢
硅烷热分 解法，即 利用甲硅 烷(SiH4) 的热分解 反应制取 高纯硅。
脱氢硅（粒状）
反应原理
硅烷制法
硅镁合金法工艺
氯硅烷歧化工艺
金属氢化物工艺
Komatsu
Union Carbide
MEMC公司发
硅化镁法
歧化法
明的新硅烷法
硅烷法小结
硅烷热分解法能耗仅为40 KW·h／kg
尾气回收 尾气的回收就是将尾气中的有用成分，主要 是H2、SiHCl3、SiCl4和HCl等，通过物理和 化学的方法使之分离，经过提纯后再应用于 生产中。在多晶硅生产过程中，尾气主要来 自于以下两个工序，SiHCl3氢还原工序， SiCl4氢化工序。 尾气回收方法主要有冷冻法和吸附分离法
尾气回收示意图
流化床示意图
各种工艺比较
生产方法
改良西门子法
优点
工艺成熟，经验丰富，产品质 量高，沉积温度低。
缺点
工艺流程长，投资大，能耗高， 成本高，生产效率相对低，技 术操作难度大。
硅烷法
反应温度低，转化率高，能耗 低，成本低，且产品纯度高。
硅烷制造成本较高，而且易燃、 易爆、安全性差。
流化床反应法
生产效率高，电耗低与成本低。 安全性差，危险性大，产品纯 度不高。
12-8-1
12-8-8 12-8-29
25
25 25
20.6
19.5 19
21.36
21.03 20.42
进口多晶硅价格从今年初最高点 的35美元/千克快速下跌至18.5 美元/千克，现已逼近国内同类 产品的价格。据海关数据统计显 示，今年1月~6月份，我国累计 进口多晶硅40946吨，同比增长 34.7%，创历史新高。
太阳能电池的制备和发电原理
我国及全球多晶硅生产情况
我国多晶硅厂家生产情况
太阳能级多 晶硅的制备 传统方法
1 2 3 改良西门子法 硅烷法
流态床反应法
改良西门子法
改 良 西 门 图子 工 艺 流 程
西门子法， 即采用H2还 原SiHCl3生 产高纯多晶 硅的方法， 由德国 Siemens公 司发明并于 1954年申请 了专利， 1965年左右 实现了工业 化。
4
直接电耗可降到60— 70 kW· h／kg
硅烷法
硅 烷 法 工 艺 流 程 图
H2 Na Al NaAlH4合成 SiH4生成 （在溶剂中） SiF4制取 浆状 NaAlF4 SiH4提纯 细硅粉 H2 溶剂 SiF4 H2
SiH4分解制取多晶硅
硅烷化
溶剂
溶液回收与 NaAlF4分离 NaAlF4（干燥） NaAlF4
多晶硅
定义
多晶硅，是 单质硅的一 种形态
形成过程
熔融的单质硅在过冷 条件下凝固时，硅原 子以金刚石晶格形态 排列成许多晶核，如 这些晶核长成晶面取 向不同的晶粒，则这 些晶粒结合起来，就 结晶成多晶硅。
全球多晶硅价格行情
全球多晶硅价格行情（单位：美元/公斤） 日期 12-1-4 12-2-1 12-2-29 12-3-7 最高价 35 35 35 35 最低价 30 30.5 30.5 29 均价 30.5 31.25 31.74 30.7
改良西门子法主要包括五个环节
SiHCl3的合成 精馏提纯SiHCl3 SiHCl3的氢还原 尾气回收 SiCl4的氢化分离
反应原理
三氯氢硅的合成
Si+HCl 三氯氢硅的还原 4SiHCl3 SiHCl3 +H2 SiCl4+2H2 Si +3SiCl4 +2H2 Si+3HCl Si+4HCl SiHCl3+H2
12-9-5
25
18.5
20.18
具有半导体性质
多晶硅 的性质
常温下不活泼，高温熔融状态下， 具有较大的化学活泼性
室温下质脆，切割时易碎裂
多晶硅的用途
多晶硅具有半导体性质，是极为重要的 优良半导体材料 电子工业中广泛用于制造半导体收音机、 电冰箱、彩电、电子计算机等的基础材料
多晶硅的最终用途主要是生产集成电路、 分立器件和太阳能光伏电池板
废气物的利用
• 将四氯化硅转化为多晶硅的原料三氯氢硅，进而返回生产 系统直接生产 多晶硅，实现生产线的闭路循环。 • 利用四氯化硅作为原材料生产其他化工产品。
题 目
改良西门子法小结
1
改良西门子法是目前 占有优势的主要方法
2
产量占当今世界总量 的70％——80％
3
国外用该法生产的多 晶硅纯度为9～11N
活性炭吸附纯化氢气
从吸收塔顶部出来的氢气被送到活性炭吸附柱进行吸附，以除 去其中含有的极少量氯硅烷和氯化氢，获得纯净的氢气。纯氢 气可以直接返回相应的原工序中使用。
尾气回收装置
改良西门子法产生的废气物
• 反应产生的三氯氢硅，氯化硅，氯化氢均为主要空气污染 物的卤化物。 • 四氯化硅是最改良西门子法生产时产生的主要的污染物。
工艺所用设备
•氯化氢合成炉
•沸腾炉 •还作原理：
固体燃料在 炉内被向上流动 的气流托起，在 一定的高度范围 内作上下翻滚运 动，并以流态化 (或称沸腾)状态 进行燃烧的炉膛， 又称流化床燃烧 炉。
SiHCl3的氢还原在还原炉内进行
还 原 炉 示 意 图
今年上半年，国内多晶硅价格再 次快速下跌并刷新了历史新低， 国内多晶硅主流报价从今年初的 21万元/吨~23万元/吨跌至16万 元/吨~17万元/吨。
12-4-4
12-5-2 12-5-30 12-6-6 12-7-4
29
28 26.5 26.5 25
24.5
23 23 23 21
25.75
24.5 24.08 23.95 21.98