近年來(lái)，社會(huì)各界對(duì)新能源的關(guān)注引發(fā)多晶硅市場(chǎng)開(kāi)始升溫。自2006年起，我國(guó)各地紛紛上馬多晶硅項(xiàng)目，產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有多晶硅產(chǎn)能已達(dá)30萬(wàn)噸。然而，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中常常伴隨著氯氣、氫氣、三氯氫硅、氯化氫等有毒有害、易燃易爆物質(zhì)。同時(shí)，與先進(jìn)水平相比，由于工藝設(shè)備的不足，多晶硅生產(chǎn)也常常存在物料和電力消耗過(guò)大、產(chǎn)生大量污染等問(wèn)題。對(duì)此，記者走訪的多位業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，著力在高效、節(jié)能、安全三個(gè)方面提升多晶硅設(shè)備的技術(shù)水平，應(yīng)成為多晶硅產(chǎn)業(yè)下一階段的重要任務(wù)。

    多晶硅包括太陽(yáng)能級(jí)多晶硅和電子級(jí)多晶硅，分別主要應(yīng)用于太陽(yáng)能電池和半導(dǎo)體工業(yè)。前者要求的多晶純度較低，約5N～6N，后者則要達(dá)到12N。純度上的簡(jiǎn)單差別，卻決定了技術(shù)裝備上的極大差距。

    據(jù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)化工學(xué)院院長(zhǎng)王亞雄教授介紹，目前，世界多晶硅生產(chǎn)采用的技術(shù)路線主要有改良西門子法、硅烷法、物理冶金法、氣液沉積法、四氯化硅-鋅還原法等，每種技術(shù)路線各自對(duì)應(yīng)一套不同的裝備系統(tǒng)。其中，改良西門子法、硅烷法、物理冶金法是業(yè)內(nèi)應(yīng)用的主流，改良西門子法多晶硅產(chǎn)品已占據(jù)市場(chǎng)份額的80%左右。具體到高效、節(jié)能、安全三個(gè)指標(biāo)方面，不同的多晶硅技術(shù)裝備則各有優(yōu)劣。

    內(nèi)蒙古多晶硅新材料研究中心主任曹忠告訴記者，改良西門子法設(shè)備是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最為成熟的設(shè)備，其裝備系統(tǒng)比較完善，基本實(shí)現(xiàn)了各工序裝置閉環(huán)運(yùn)行，安全性能也有所保障。國(guó)外采用該法生產(chǎn)的多晶硅純度為9N～11N，產(chǎn)品質(zhì)量較高。然而，采用該設(shè)備生產(chǎn)多晶硅，由于SiCl4的轉(zhuǎn)化效率不高，因此增加了閉環(huán)運(yùn)行的能耗和成本。同時(shí)，該法工藝流程長(zhǎng)，設(shè)備操作難度較大。

    而硅烷法與西門子法技術(shù)路線的差別在于中間產(chǎn)品不同，硅烷法的中間產(chǎn)品是SiH4。在這種工藝下，硅烷法裝置系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)爐分解溫度較低（800～900℃），由高溫?fù)]發(fā)或擴(kuò)散引入的雜質(zhì)少，分解率高達(dá)99%，耗電也比較少，約40千瓦時(shí)/千克。同時(shí)，由于硅烷含硅量較高（87.5%），沸點(diǎn)低，容易提純，尤其是硼的去除較為容易，適用于作半導(dǎo)體芯片襯底；硅烷的分解產(chǎn)物沒(méi)有腐蝕性，避免對(duì)設(shè)備的腐蝕以及硅受腐蝕而被玷污的現(xiàn)象。但安全問(wèn)題是硅烷法多晶硅技術(shù)設(shè)備最大的不足。硅烷是易燃易爆氣體，不易保存，其生產(chǎn)安全性能不如改良西門子法裝備，國(guó)外就曾發(fā)生過(guò)硅烷工廠強(qiáng)烈爆炸的事故。此外，硅烷熱分解爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，硅棒直徑受到限制，設(shè)備單產(chǎn)也相對(duì)較低，從而影響了生產(chǎn)效率。

    而物理冶金法技術(shù)設(shè)備國(guó)內(nèi)和國(guó)外則差距不大，國(guó)內(nèi)有些企業(yè)甚至走在世界前列。該系統(tǒng)裝置最突出的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，能耗低，僅為西門子法的20%～25%，從而有效降低了生產(chǎn)成本，綜合成本約為改良西門子法的50%左右。此外，與西門子法相比，該法的廢液、廢氣處理也較為簡(jiǎn)單，在環(huán)保上具有一定的優(yōu)勢(shì)。但由于冶金法裝置很難完全去除硅中的雜質(zhì)，因此，其缺點(diǎn)是產(chǎn)出的多晶硅做成電池片之后衰減率高，普遍大于10%，甚至達(dá)到30%。雜質(zhì)對(duì)效率衰減的影響較大，提純過(guò)程中也容易受到雜質(zhì)污染，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。

    因此，“上述多晶硅生產(chǎn)設(shè)備在高效、節(jié)能、安全方面均不能做到十全十美，都仍然需要進(jìn)一步升級(jí)。”曹忠說(shuō)。具體而言，未來(lái)改良西門子法技術(shù)裝備發(fā)展方向是通過(guò)升級(jí)反應(yīng)器及配套設(shè)備，來(lái)提高生反應(yīng)物生長(zhǎng)速率和沉積比率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。這一方面要深入研究還原爐反應(yīng)機(jī)理，研制高效、節(jié)能的還原爐反應(yīng)器及供電設(shè)備，開(kāi)發(fā)多對(duì)棒還原爐技術(shù)設(shè)備，以提高單爐產(chǎn)量；另一方面要實(shí)現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的閉環(huán)工藝提升SiCl4的氫化效率，如開(kāi)展冷氫化工藝及裝備研究，將其一次氫化效率提升至20%以上；還應(yīng)注意開(kāi)發(fā)新型工藝技術(shù)裝備，將四氯化硅轉(zhuǎn)化成多晶硅。而在硅烷法設(shè)備方面，曹忠認(rèn)為，該類裝置在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展還有待于工藝安全性的提高，只有在充分消化吸收了西門子法技術(shù)之后，才有技術(shù)能力投入到硅烷法的開(kāi)發(fā)。相對(duì)于西門子法設(shè)備投資大、資金回收慢、經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)大而言，曹忠非常看好成本低、能耗低、產(chǎn)出率高、投資門檻低的冶金法路線的發(fā)展，他認(rèn)為，該路線應(yīng)著重攻關(guān)研發(fā)新一代載能束高真空冶金技術(shù)裝備，使產(chǎn)品純度達(dá)到6N以上，從而有可能在若干年內(nèi)逐步發(fā)展成為太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的主流技術(shù)裝備。

    如今，我國(guó)多晶硅行業(yè)企業(yè)新上的西門子法和硅烷法裝置也越來(lái)越注重節(jié)能和高效的需求。據(jù)王亞雄教授向記者總結(jié)分析，目前我國(guó)新上項(xiàng)目的新裝備主要有兩個(gè)特點(diǎn)：一是新技術(shù)裝備主要集中在生產(chǎn)反應(yīng)器上，多晶硅生產(chǎn)反應(yīng)器是復(fù)雜的多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)提高產(chǎn)能、降低能耗的關(guān)鍵設(shè)備；二是許多廠家首選最先進(jìn)的流化床反應(yīng)器(FBR)粒狀多晶硅生產(chǎn)技術(shù)裝備，同時(shí)采用石墨管狀爐反應(yīng)器，生成粒狀多晶硅的硅原料可以采用硅烷、二氯二氫硅或是三氯氫以降低多晶硅生產(chǎn)電耗，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性大規(guī)模化生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

    “多晶硅產(chǎn)業(yè)要同時(shí)服務(wù)于微電子和光伏發(fā)電兩個(gè)產(chǎn)業(yè)，這兩個(gè)市場(chǎng)均有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，所以必然會(huì)出現(xiàn)不同的技術(shù)裝備應(yīng)對(duì)不同的目標(biāo)需求，各自發(fā)展，形成一種多工藝多設(shè)備并存的發(fā)展局面。但總體而言，提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗和保證安全是所有設(shè)備的要求。現(xiàn)有的多晶硅技術(shù)裝備應(yīng)各自選準(zhǔn)目標(biāo)，正確定位，并進(jìn)行重大技術(shù)裝備改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。”內(nèi)蒙古鄂爾多斯硅業(yè)公司總經(jīng)理王鵬這樣說(shuō)。