太阳能多晶硅的制备生产工艺综述
多晶硅工艺总结报告范文(3篇)
第1篇一、项目概述随着全球光伏产业的迅猛发展，多晶硅作为光伏产品制造的基础原材料，其市场需求逐年上升。
多晶硅的生产工艺复杂，技术要求高，对环境保护和能源利用提出了更高的要求。
本报告针对多晶硅工艺进行总结，旨在分析现有工艺的特点、优缺点，并提出未来发展方向。
二、技术背景及现有技术基础1. 技术背景多晶硅是制造太阳能电池的关键材料，具有成本低、性能稳定、易于加工等优点。
目前，多晶硅生产工艺主要有西门子法、硅烷流化床法等。
2. 现有技术基础（1）西门子法：西门子法是目前应用最广泛的多晶硅生产工艺，采用氯气和氢气合成氯化氢，工业硅粉与氯化氢在合成流化床中合成三氯氢硅（TCS）气体并分离回收尾气，对TCS进行精馏/提纯，将TCS与高纯氢气送入还原炉并经化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。
改良西门子法通过尾气回收和STC氢化工艺，实现了多晶硅生产流程的闭路循环。
（2）硅烷流化床法：硅烷流化床法以硅烷气为反应气生产粒状多晶硅，具有能耗低、可实现连续化生产、绿色环保等优点。
该工艺通过使用流化床，连续生产过程取代了改良西门子法批次间歇生产，产品为颗粒状多晶硅，省去了破碎工序。
三、工艺特点及优缺点1. 西门子法（1）特点：技术成熟稳定，生产转化率高，产品纯度高，业内主流的加工路线。
（2）优点：生产转化率高，产品纯度高，易于大规模生产。
（3）缺点：能耗高，生产过程中产生大量剧毒副产品STC，对环境造成污染，不能连续生产。
2. 硅烷流化床法（1）特点：能耗低，可实现连续化生产，绿色环保，产品为颗粒状多晶硅。
（2）优点：能耗低，生产过程中绿色环保，产品为颗粒状多晶硅，省去了破碎工序。
（3）缺点：生产稳定性、一致性、规模化以及产品质量有待提高。
四、关键技术及创新点1. 西门子法关键技术（1）尾气回收技术：通过尾气回收，将还原炉还原过程中产生的STC转化为TCS，实现闭路循环。
（2）STC氢化工艺：将尾气中分离出的STC进行氢化反应，转化为TCS，实现闭路循环。
多晶硅生产综述范文
多晶硅生产综述范文多晶硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于光伏、电子、光电和太阳能产业等领域。
多晶硅的生产过程复杂，需要经历原料准备、熔炼、晶体生长和切割等环节。
下面将对多晶硅生产的综述进行详细介绍。
一、原料准备多晶硅的主要原料是二氧化硅（SiO2），通常采用石英砂或石英粉作为原料。
为了确保原料质量和纯度，需要对原料进行粉碎、洗涤和筛分等处理。
同时，还需要添加一定量的还原剂，如冰晶石（Na2CO3）和硫酸铝（Al2(SO4)3），以促进硅的还原反应和破坏硅氧化物的结构。
二、熔炼熔炼是多晶硅生产的关键环节，主要包括硅炉、熔炼工艺和熔炼控制等方面。
常用的硅炉有炉控法和电炉法两种。
炉控法通过电石炉和真空炉的相互转换，经过氯化硅和还原剂的反应生成高纯度的多晶硅。
电炉法则通过电炉加热石英砂和还原剂的混合物，使其发生还原反应生成多晶硅。
三、晶体生长晶体生长是多晶硅生产过程中非常重要的一步，确定多晶硅的晶体结构和品质。
常见的晶体生长方法有气相法和溶液法。
气相法主要通过热解法或气相输运法，将硅的蒸汽在高温环境中沉积在基片上，逐步生长成多晶硅晶体。
溶液法则通过将硅的溶液慢慢晶化，使晶体从溶液中生长出来。
四、切割晶体生长后，需要将其切割成适当的尺寸和形状，以便应用到具体的产品中。
切割通常采用线锯和磨割两种方法。
线锯是一种常见的切割方法，通过钢丝锯片进行切割。
磨割则是通过砂轮进行切割，具有更高的精度和效率。
综上所述，多晶硅的生产过程主要包括原料准备、熔炼、晶体生长和切割等环节。
在整个生产过程中，需要严格控制工艺参数和原料质量，以确保多晶硅的纯度和品质。
随着技术的不断进步，多晶硅的生产工艺也在不断发展，提高产能和生产效率，以满足不同领域的需求。
多晶硅作为一种重要的半导体材料，将继续在光伏、电子等领域发挥重要作用。
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。
多晶硅工艺流程范文
多晶硅工艺流程范文多晶硅是一种具有高纯度的硅材料，广泛应用于太阳能电池、半导体和光纤等领域。
多晶硅的制备过程包括硅熔炼、多晶硅生长、切割和抛光等步骤。
以下是多晶硅的工艺流程详解。
第一步是硅熔炼。
硅熔炼是多晶硅制备的关键步骤，通常采用短弧熔炼法。
首先，将高纯度的二氧化硅经过还原反应，用碳源将其还原为硅金属。
然后，将硅金属放入一个石英坩埚中，在高温下使用直流电弧加热，使硅金属熔化。
加热过程中，石英坩埚起到了保护硅金属不受污染的作用。
最终，石英坩埚中的硅熔体冷却凝固，形成硅锭。
第二步是多晶硅生长。
硅锭经过切割机切割成合适大小的硅块（也称为硅棒）。
然后，通过多晶硅炉进行多晶硅生长。
多晶硅炉是一个具有高温和高真空环境的炉子。
在多晶硅炉中，硅块被放置在石英坩埚中，加热至高温，并通过剥离外部应力的方法，使硅块在坩埚中缓慢旋转。
在高温的作用下，硅块逐渐融化，并通过晶核生长的方式，在坩埚中形成多晶硅晶体。
多晶硅晶体的形成速度和晶体质量的均匀性，取决于生长过程中温度和旋转速度的控制。
第三步是硅棒切割。
多晶硅晶体经过冷却后，形成一根硅棒。
然后，使用机械切割机将硅棒切割成多个合适的硅片。
硅片的厚度取决于具体应用的要求，通常在几百微米到几毫米之间。
硅棒切割的精度和效率对多晶硅的成本和质量有着重要影响。
最后一步是硅片抛光。
切割好的硅片表面往往有一些粗糙度和污染物。
因此，需要对硅片进行抛光处理，以获得光滑和干净的表面。
抛光一般采用机械抛光工艺，通过悬浮液和抛光头在硅片表面进行机械磨削，以去除表面瑕疵。
抛光后的硅片还需要经过清洗和检测等工序，以确保质量达到要求。
综上所述，多晶硅的工艺流程包括硅熔炼、多晶硅生长、硅棒切割和硅片抛光等步骤。
这些工艺步骤的精度和效率对多晶硅的成本和质量有着重要影响。
随着技术的进步，多晶硅的制备过程也在不断改进，以提高产量和纯度，降低成本，进一步推动多晶硅在各个领域的应用。
太阳能级多晶硅生产工艺介绍
流化床法是美国 Boeing 公司研发的多晶硅生产工艺，该方法主要采用硅籽作为 沉积体，再将其与卤硅烷进行反应，进而制造多晶硅。流化床法制造多晶硅需要 用到流化床反应器，具体反应过程如下：将 SiHCl3 和 H2 由底部注入到反应装 置中，在经过加热区和反应区后，可以和装置顶部的硅晶体进行反应，反应条件 需要处在高温环境，同时在气相沉积的作用下，硅晶体将会不断增多，最终可以 形成多晶硅产物。该方法与西门子法相比主要具有以下优势：第一，可以进行连
加的节能，能耗大约在 40kW·h/kg 左右。然而，该方法存在着一定的安全问题， 这是由硅烷的特性决定的，硅烷是一种易燃、易爆的气体，这极大地增加了硅烷 的保存难度，在日常生产过程中不易于管理。产品和晶种相对容易受到污染，存 在超细硅粉问题，工艺和设备成熟度较低。
3. 冶金法
冶金法制备多晶硅主要分为两个步骤：第一，需要采用真空蒸馏、定向凝固等方 式对工业硅进行提纯，去除工业硅中的杂质，使其纯度达到要求。第二，通过等 离子炉清除 C、B 等元素，得到更加纯净的硅元素。通过这种方式制备的多晶硅 具有 P-极性，并且电阻系数较小，因而具有较高的光电转化效果。日本 Kawasaki Steel 企业采用的就是这种制造方式，可以有效地对工业硅进行提纯。此外，上 述方法还可以进行优化，优化过程主要用到了湿法精炼极性处理。通过这种方式 可以对多晶硅进一步进行精炼，与未使用该方法相比，可以将太阳能电池的工作 效率提升到 15%左右。由此可见，多晶硅的纯度非常的重要，通过提高多晶硅 的纯度可以极大地改变多晶硅的物理特性，能够在很大程度上提高太阳能电池的 工作效率。
6. 电解法
电解法采用电解硅酸盐的方式得到纯度较高的硅，在电解装置中，以 C 作为阳 极，反应温度控制在 1000℃，在经过一段时间的电解反应后，Si 单质将会在阴 极上附着，阳极生成 CO2 气体。电解反应对电极材料的要求较高，这是因为在 电解反应中，尤其是温度较高的反应条件下，电极极易发生腐蚀，进而将新的杂 质引入反应体系中，如 B、P 等，对硅的纯度造成影响。以 CaCl2 作为熔盐电解 为例，使用石墨作为阳极，阴极采用特制材料。电解完成后，需要将阴极置于真
多晶硅的生产工艺及研究
多晶硅的生产工艺及研究1.引言多晶硅是一种重要的半导体材料，广泛应用于太阳能电池、集成电路和微电子设备中。
它具有较高的电导率和热导率，因此在能源转换和电子器件方面具有巨大的应用潜力。
本文将介绍多晶硅的生产工艺及相关研究。
2.多晶硅的制备方法多晶硅的制备方法通常包括以下几个步骤：2.1原料制备：将硅砂经过粉碎、筛分和洗涤等处理，得到纯度较高的硅粉。
2.2单晶硅的生长：将硅粉在高温环境下进行还原反应，得到单晶硅块。
2.3多晶硅的制备：将单晶硅块经过熔化、晶化和切割等处理，得到多晶硅块。
2.4多晶硅片的制备：将多晶硅块经过切割、抛光和清洗等处理，得到多晶硅片。
3.多晶硅的电化学沉积法电化学沉积法是一种制备多晶硅的重要方法。
它利用电解质中的离子进行电极反应，沉积出多晶硅薄膜或纳米颗粒。
该方法具有简单、可控性强和成本低等优点，广泛应用于太阳能电池和微电子器件中。
4.多晶硅的激光熔化法激光熔化法是一种利用激光高能量密度对硅材料进行局部熔化和凝固的方法。
该方法可以获得高纯度、低缺陷的多晶硅薄膜，并具有较高的结晶度和电学性能。
该方法广泛应用于太阳能电池的制备中。
5.多晶硅的晶体生长技术多晶硅的晶体生长技术是一种通过控制晶界生长来提高多晶硅的结晶质量和电学性能的方法。
该技术包括定向凝固法、温度梯度法和溶液热法等。
这些方法通过调节温度梯度和晶体生长速度等参数，可以获得较大晶界能量和较高的晶界能垂直度，从而提高多晶硅的结晶质量和电学性能。
6.多晶硅的表面处理技术多晶硅的表面处理技术是一种通过改变表面形貌和化学性质来改善多晶硅的光吸收性能和光电转换效率的方法。
常用的表面处理技术包括湿法刻蚀、化学气相沉积和表面涂覆等。
这些技术可以形成纳米结构、提高表面反射率和降低表面缺陷密度，从而提高多晶硅的光吸收性能和光电转换效率。
7.多晶硅的尺寸效应研究多晶硅的尺寸效应研究是一种通过调控多晶硅的尺寸和形貌来改善其电学性能和光电转换效率的方法。
多晶硅生产工艺
多晶硅生产工艺多晶硅是一种高纯度的硅材料，广泛应用于电子、光电和太阳能等领域。
多晶硅的制备工艺主要包括净化硅材料、化学气相沉积和熔融法等。
本文将从多晶硅生产的三个关键步骤入手，详细介绍多晶硅的生产工艺。
一、净化硅材料多晶硅的生产基础是高纯度硅材料，一般采用电石法或硅锭法生产。
在电石法中，石油焦、白炭黑等原料经高温炉处理生成硅单质，再通过进一步的加热处理和气相冷却得到高纯度的硅粉末。
硅锭法是利用单晶硅作为原料，通过高温熔化并在特殊条件下生长出大型晶体锭。
这两种方法都需要对产生的硅材料进行净化处理，以获得较高的纯度。
在净化过程中，首先需要通过化学方法除去硅杂质，例如氧化物、碳和氮等。
一般采用氢氧化钠或氢氧化铝作为碱性还原剂，使硅材料与还原剂反应生成挥发性化合物的气体，通过气体与净化剂的反应使杂质得到去除。
其次，通过热处理和气相冷却等方法去除非金属杂质，例如碳、氧、氮、铁、铝等。
最后，通过电石法或硅锭法制备出较高纯度的硅粉或硅锭，成为制备多晶硅的基础原料。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是多晶硅生产的主要方法之一。
其基本原理是利用硅化合物热分解生成硅单质并在沉积基底上生长晶体。
一般采用氯硅烷、氯化硅、三氯硅烷等硅化合物作为原料气体，通过加热至高温（1000-1400℃）使硅化合物分解，生成氯离子和硅单质原子。
硅单质原子进一步在沉积基底上生长成为多晶硅晶体。
在化学气相沉积法中，氯化氢和二氧化硅等气体通入反应器内，使反应器内维持一定的反应压力（约5-10kPa），并保证反应器内气氛处于还原条件下。
在材料沉积过程中，需要控制反应器的温度、反应气压和气体流量等参数，以使沉积层的粗细、取向和晶界质量达到理想状态。
三、熔融法熔融法是多晶硅生产的另一种常用方法。
其主要流程是将高纯度硅材料加热至熔化状态，然后在特定条件下进行成型和冷却。
其中的关键步骤包括炼铝电池法、湖式法和化学熔融法等。
炼铝电池法是将硅粉末加入熔融的铝中，在高温高压下反应生成硅铝合金，然后通过冷却、破碎等过程，得到晶粒尺寸较小的多晶硅。
多晶硅生产工艺流程
多晶硅生产工艺流程多晶硅是太阳能光伏产业的重要材料，其生产工艺流程可以分为精炼硅矿石、提炼硅、精炼硅、制备硅棒、切割硅片、清洗硅片、多晶硅晶体生长、切割多晶硅棒、制备多晶硅片等几个步骤。
首先是精炼硅矿石的过程。
精炼硅矿石是从矿石中提取硅的原料，主要有黄砂矿和白云石两种。
首先将硅矿石破碎成较小的颗粒，然后通过浮选、磁选等方法去除其中的杂质。
最后将得到的矿石粉末与化学试剂混合，进行还原反应，以得到纯度较高的硅。
接下来是提炼硅的过程。
提炼硅是将精炼的硅矿石进一步纯化，使其纯度达到99.999%以上。
提炼硅主要使用的方法是常压提炼法和低压提炼法。
常压提炼法是将精炼硅矿石与氢气在高温下反应，氟化硅蒸汽冷凝在石英棒上，然后化学还原升温，得到高纯度的批量硅。
低压提炼法是将精炼硅矿石与氢气在低压下反应，得到纯度更高的单晶硅。
提炼硅的关键是在高温下去除氧、杂质和金属，使硅的纯度达到要求。
然后是精炼硅的过程。
精炼硅是指将提炼硅的硅锭溶解在金属硅中再结晶，去除其中的杂质，提高硅的纯度。
首先将提炼硅的硅锭放入炉中，加入金属硅和杂质捕捉剂，加热熔化。
然后通过熔炼和冷却的过程，杂质被分配到金属硅中，纯净的硅从液体中结晶出来。
精炼硅的关键是控制温度、压力、固液比例和加入适量的杂质捕捉剂，以得到高纯度的硅。
接下来是制备硅棒的过程。
制备硅棒是将精炼的硅溶液铸造成硅棒，然后经过拉锭拉制成硅片的过程。
首先将熔化的精炼硅溶液倒入铸模中，形成硅棒。
然后通过拉锭机将硅棒拉制成所需尺寸和厚度的硅片。
制备硅棒的关键是控制温度和拉锭速度，以确保硅片的质量。
然后是切割硅片的过程。
切割硅片是将拉制好的硅棒切成所需尺寸的硅片。
首先将硅棒用锯片切成薄片，然后使用研磨机把硅片切磨成所需尺寸和厚度。
切割硅片的关键是确保切割面的平整度和尺寸精度。
接下来是清洗硅片的过程。
清洗硅片是将切割好的硅片进行物理和化学的清洗，去除其中的污染物和残留物。
清洗硅片的关键是使用合适的溶剂和清洗设备，以确保硅片的表面干净无尘。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
法制备太阳能级硅材料的专利刚中提到：采用。熔
盐电解．三层液精炼．真空蒸馏’的工艺，首先以二 氧化硅和含硅氟酸盐为原料，高纯金属Ｍｌ为阴极， 采用熔盐电解法，制取含硅合金Ｓｉ．Ｍｌ，再以ＳｉＭＩ 为阳极，高纯金属Ｍ２为阴极．采用三层液熔盐电 解技术．制取合金Ｓｉ．Ｍ２。最后采用真空蒸馏技术， 由高纯含硅合金Ｓｉ．￣１２制取太阳能级多晶硅材料． ２总结 本文以太阳能多晶硅生产工艺为主要对象进 行综述，以期对多晶硅生产行业提供一定的参考． 参考文献
化硅．碳是作为还原剂将硅从二氧化硅中还原出来
的，通常可选用焦碳、木炭、精煤和石油焦等。将 石英矿石破碎到合适的大小，与碳还原剂按大约３： ｌ的比例均匀混合放入矿热炉内。通电产生电弧，
将硅石熔化，使之在高温下与碳进行还原反应：
Ｓｉ０２＋２Ｃ—Ｓｉ＋ＣＯ 多晶硅的生产是较为复杂的。并不是一个简单 的物理化学过程，而是多种冶金方法串联在一起才 能得到最终产品。多晶硅主要技术特征有以下两 点： （１）多种生产工艺路线并存，产业化技术封 锁、垄断局面不会改变．总的来说，目前国际上多
图Ｊ２粒状多晶硅生产流程
Ｆｉｇ ｉ．２ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆｔｈｅ ｇｒａｉｎｙ ｐｏｌｙ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐＩ锄ｔ
烷法生产多晶硅基本原理分四步进行ｉｌｌ，１２１：
（１）氢化 （２）四氟化硅生成 （３）硅烷生成
ＮａＡＩＦ， Ｎａ＋ＡＩ＋２Ｈ２＝ＮａＡＩＨ，
Ｈ２ＳｉＦ６＝ＳｉＦ‘＋２ＨＦ
１．１．３流化床法
法【１９１、真空熔炼法等方法例。通常采用几道工序相 结合，经过几道工序后将金属硅中的杂质去掉从而 达到太阳能级硅的要求，各种工艺没有先后顺序， 所以提出的冶金法也不尽相同，同时日本Ｔ．Ｍｉｋｊ
表１．１原料及其产品杂志含量（ｐｐｍ）
Ｔａｂｌｅ １．１ Ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ｉｎ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌａ ａｎｄ
能稳定．而且能耗材耗低，成本低，产出率高，环 保安全性好．西门子法的不足之处在于：工艺流程 的环节过多，一次转化率低，导致流程时间太长， 增加了材耗、能耗成本． １．１．２硅烷法
早在１８８０年己发现硅烷在４００℃加热几小时会 完全分解成氢和硅，在１８０－４６０℃温度范围内细镍 粉存在的条件下，测定了硅烷分解的状况．发现实
所示渊．
１．２．２高纯碳热还原法 碳热还原法是新发展起来的制备太阳能级多 晶硅的工艺之一，但目前研究较少，只有少数几家 科研机构在从事研究，碳热还原法即使用高纯碳还－ 原高纯二氧化硅，再最后进行脱碳，得到较高纯度 硅料．碳熟还原法基本原理为１２硼： ｓｉ０２（ｓ）＋２ｃ（ｓ产Ｓｉ（１＞＋２Ｃｏ（ｇ） 实际发生的反应主要有：
图பைடு நூலகம்．１所示。各种气体可以循坏使用。大大的较少
了原料的损耗以及对环境的污染。 西门子法的先进性在于：完全闭路循环的生产
子法的１／１０．电耗成本是多晶硅生产的主要成本，
一般占生产成本的２００／ｐ４０％，所以从电耗指标来 看，粒状多晶硅生产同西门子法生产多晶硅相比， 成本上有明显的优势．
线工艺技术和设备体系，使其不仅产品质量高，‘性
２０１０年第２期
２０１０年２月
化学工程与装备
Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＥＩｌｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｌ
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
１１７
太阳能多晶硅的制备生产工艺综述
何丽雯
（陕西延长石油（集团）管道运输公司，陕西延安７１６０００）
摘要。太阳能用多品硅来自石英矿或者硅石矿，进行冶炼得到金属硅．然后将金属硅提纯到太阳能 多晶硅．太阳能多品硅足制备太阳能电池的重要原科．依照自然界中硅石到太阳能多晶硅的生产过程 为线索。介绍当前国内外光伏行业生产太阳能多晶硅的工艺现状，并对各工艺详情作一个综述． 关键词：太阳能；金属硅；多品硅：产工艺
田１．１簟三代多暑睦生产疆程囝ｐ
Ｓ酣Ｃ１３＋Ｈ２一Ｓｉ＋３ＨＣＩ ｓｉｃｈ＋Ｈ２哼Ｓｉ＋４ＨＣＩ 经过第一步中的几次精馏后，就可以得到高纯
的三氯氢硅，然后采用高纯的氢气进行还原就可以
沉积出高纯多晶硅料。实际生产过程比较复杂，目
前西门子法经过几代的发展成为成熟的生产工艺． 国外企业普遍均采用第三代闭路循环，其原理如下
（４）多晶硅生成
Ｓｉｌｌ４＝ｓｉ＋２Ｈ２
精馏设备材料，大规模生产则须采用酎腐蚀的金属
或合金材料以免铜、铁、镍等重金属杂质混入而影 响其的质量． １．１．１．２三氯氢硅的还原 ＳｉＨＣｌ３的还原采用化学气相沉积的方法，使还
原的硅沉积在母材上，主要化学反应有：
４ＳｉＨＣｌ３专Ｓｉ＋３ＳＩＣｌ４＋２Ｈｚ
，ｋＬＩｌｌｏｗｄ＿．ｄｌｌｗ蛳■＿恤ｄ日鼬，●＿吐“删柚鼬Ｉ阻
引言 目前，全球能源行业正面临着一次能源的枯竭 与环境保护的双重压力．积极发展可再生能源已成 为世界共识，尤其是目前处于金融危机的经济背景 下，以“低碳”为特征的“绿色新政”思想已经成 为促进经济复苏的共识．对太阳能产业的重视和太 阳能的开发利用已成为必然趋势．必然导致作为将
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．其中改良西门子工艺生产的多晶硅 的产能约占世界总产能的ＳＯ％，短期内产业化技术 垄断封锁的局面不会改变。 （２）新一代低成本多晶硅工艺技术研究空前 活跃．除了传统工艺（电子级和太阳能级兼容）及
通常使用的生产硅烷的流程图如图１．２所示． 从反应温度来看，硅烷法生产粒状多晶硅的分解温 度在８７３・１０７３Ｋ．而改良西门子法生产多晶硅的还 原温度在１３５３Ｋ左右，新硅烷法反应温度低．从反 应电耗来看，粒状多晶硅生产热分解电耗为１２ ｈ，Ｉｌ，ｌｃｇ左右，而改良西门子法的还原电耗为 １２０－１６０ｋｗｈＹｋｇ，粒状多晶硅生产电耗仅为改良西门
和区熔的要求，所以成为首选的生产技术．其提纯
技术主要分为以下两步： １．１．１．１三氯氢硅的合成
用金属硅和氯化氢为原料，在流态氯化炉中进
行反应：
Ｓｉ＋ＨＣＩ－－＞ＳｉＨＣｌ３
万方数据
１１８
何丽雯：太阳能多晶硅的制备生产工艺综述
三氯氢硅的沸点为３１．５℃，与绝大多数杂质的 氯化物挥发温度相差较大，所以可用精馏法提纯， 三氯氢硅极易挥发和水解，产生强腐蚀的盐酸气， 因此精馏设备必须防止水汽和空气混入。小规模生 产超纯硅可采用聚四氟乙烯。特制玻璃或石英作为
等人也从热力学上分析了冶金法对各种主要杂质 的去除效裂２１丑１．日本Ｋａｗａｓａｋｉ ｓｔｅｅｌ公司提出的
方法为用冶金级硅为原料。使用两步进行提纯： 第一阶段：在电磁炉中采用定向凝固法除Ｐ和
初步除去金属杂质：
第二阶段：在等离子体炉中，在氧化气氛下除 Ｂ和Ｃ，融化的硅再次定向凝固最后除掉金属杂质。 冶金法通常采用两步法生产多晶硅，顺序没有严格 的要求，目前通常采用纯度较高的工业硅为原料， 经过两步后得到太阳能级多晶硅，流程图如图１．４
（３）以高纯Ｓｉ０２为阳极，实现阴极氧元素的
电化学脱除，从而制备多晶硅，但存在脱氧过程不
具备除杂作用．难以保证硅材料纯度．并且二氧化 硅电极导电性差，电解过程电流密度低．效率低等
问题． （４）中南大学赖延清等人发明一种熔盐电解
和方向不同而造成的组分分离：
（３）合金中的间隙溶质的迁移． 固态电迁移的机制决定了只有在固溶体中的
上最纯的稀有金属—钇，目前已有研究者利用固态 电迁移法己将稀有金属摘提纯至９９．６％Ｂ籼∞Ｊ，美国
ＵＳＡＥＣＡｍｅｓ实验室、英国伯明翰大学冶金材料学
院都成功地将固态电迁移技术应用于化学性菲常
活泼的稀±金属的提纯和单晶制备，迄今所得到的 最高纯度的稀土金属就是采用固态电迁移技术处 理的。 固态电迁移提纯的原理为：当一个电场旋加予 金属时，除了电子的流动外，同时也会发生一个很 小的质量迁移，在固态这类质量迁移有三种形式： （１）纯金属中电子向空位流动而引起的自迁 移： （２）合金中的置换型杂质由于其移动的速率
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ（ｐｐｍ）
万方数据
何丽雯：太阳能多晶硅的制备生产工艺综述
１．２．３固态电迁移 早在１９５３年，人们就对固态电迁移提纯金属 产生了浓厚的兴趣，特别是对稀有金属的提纯，研 究者于１９８１年利用固态电迁移法提纯了当时世界
１．２．５熔盐电解法
熔盐电解法是另外一类硅材料的制备方法，用
于制备太阳能级的多晶硅可以分为以下几类： （１）熔盐电解Ｓｉ０２：在高于硅熔点温度下， 以高纯Ｓｉ０２为原料，通过熔盐电解制备多晶硅；该 工艺温度高。能耗高，设备腐蚀严重，并且难以获 得太阳能级多晶硅： （２）熔盐电解氟硅酸盐：以高纯氟硅酸盐为 原料，采用熔盐电解法制各高纯多晶硅，硅以固态 形式析出．存在的问题是，硅以枝晶析出，导电性 差，阴极固液界面不稳定，沉积速度慢，无法连续 生产；
ｌｉｑｕｉｄ
ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）：还原或热分解工艺；无氯工艺技术， Ａ１．Ｓｉ溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等． 一般来说，多晶硅的生产主要分为传统工艺和 新工艺． １．１太阳能多晶硅的传统生产工艺 可用于制备多晶硅的技术途径很多，经过大量 的研究和生产应用淘汰了Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ还原ＳｉＣ从 法和ｚｎ、Ａｉ、Ｍｇ还原ＳｉＨＣｌ３法，研究集中到硅 烷分解法和氯硅烷气相氢还原法（西门子法），其中 ＳｉＨＣＩ，法（西门子法）是目前多晶硅制备的主流技 术。其生产历史己有３５年． １．１．１西门子法ｌ川 西门子法生产出的多晶硅纯度完全满足直拉
（１）ｓｉ０２（ｓ腆产ＳｉＯ（ｇ卜Ｃ０（ｇ）
圈１３冶金法提纯图一
取１３胁岫ｔｈｌ晡ｊｎ咕ｄ¨婵酗ｈｐ删．・
１．２高纯多晶硅的新生产工艺 １．２．１冶金法 冶金法最早是由川崎制铁（Ｋａｗａｓａｋｉ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎ，） 于１９９６年起，在ＮＥＤＯ的支持下开发的由工业硅 生产太阳能级硅方法。冶金法主要采用冶炼的方法 对工业硅进行提纯，主要包括：吹气精炼法ＩＩ引、电 子柬熔炼法１１４】、等离子束熔炼法１１５ｌ、定向凝固【１６１、 造渣法ｆ１７Ｊ、高温熔盐电解法Ｉ嘲、高纯原料碳热还原
ＳｉＦ４．４－ＮａＡⅡ‘＝ＳｉＨ４＋