目前，改良西門子法在多晶硅制造領域占據主流地位，但該工藝因其加工過程中能耗較高而頗受業界詬病。近年來，中國多晶硅企業一方面加快改良西門子法的研發和產業化速度，爭取參與國際競爭，另一方面也在探索新的工藝路線，以求掌握低能耗、低成本的多晶硅生產技術。
“沒有問題!在2010年，一定能實現光伏發電成本每千瓦時低于1元。”近日，在英利集團第1GW太陽能電池組件下線的慶祝儀式上，董事長苗連生信心十足地對記者說。苗連生的信心很大程度上源于英利旗下六九硅業有限公司新硅烷法多晶硅項目的試產成功，低成本的多晶硅將降低光伏制造的整體成本。
在前幾年，多晶硅的生產一直被歐美企業所掌控，多晶硅在光伏組件中所占的成本比重一度達到70%，在需求高峰期，多晶硅現貨價格接近500美元/千克，而國際巨頭的生產成本僅為30多美元/千克，巨額利潤流入了行業寡頭的賬戶。近年來，國內多晶硅制造廠的興起，讓我國光伏企業不必再看國外巨頭的眼色行事，但由于工藝問題而引發的關于“高能耗”、“高污染”的爭論一直困擾著中國的多晶硅企業。中國企業正在探索新的工藝路線，力圖摘掉這兩頂帽子，在目前看來，新硅烷法工藝是最接近成功的嘗試。
摘掉“高能耗帽子”
英利集團首席戰略官馬學祿在接受《中國電子報》記者采訪時表示，六九硅業新硅烷法多晶硅項目一期設計產能為3000噸/年，最終將達到1.8萬噸/年。“六九硅業選擇了與國內大多數多晶硅生產廠家不同的工藝路線，是國內首家采用新硅烷法工藝生產高純度多晶硅的公司。”馬學祿說，“該項目的生產成本可控制在28美元/千克左右，能源消耗指標優于國家規定標準。”
馬學祿所說的“國家規定標準”是指2009年9月國務院發布的“國發[2009]38號文件(以下簡稱“38號文”)中針對新建多晶硅項目還原電耗、綜合電耗作出的限定。該文件規定，太陽能級多晶硅還原電耗應小于60千瓦時/千克，并明確提出，到2011年前，淘汰綜合電耗大于200千瓦時/千克的多晶硅產能。
其實，早在38號文發布之前，多晶硅制造過程中的“高能耗”問題已經引起業界廣泛關注。目前，國際上多晶硅制造的主流工藝是改良西門子法，即便是國際多晶硅巨頭，其使用改良西門子法生產多晶硅的綜合電耗也在120千瓦時/千克以上，而部分國內廠家使用該工藝綜合電耗曾經達到“駭人聽聞”的300千瓦時/千克。中國工程院院士聞立時在接受記者采訪時表示，改良西門子法采用熱化學氣相反應路線，這是其能耗高、生產成本高的根本原因。盡管國內一些企業通過技術改造已經使綜合電耗接近國際先進水平，但要在能耗指標方面優于國外競爭對手，在工藝路線上實現突破是必然的選擇。據六九硅業工作人員介紹，在采用新硅烷法生產多晶硅的過程中，目前該公司使用的是西門子反應器，其電耗為75千瓦時/千克；在該項目的二期工程中，將使用流化床反應器，其電耗將低至25千瓦時/千克，生產成本也將降低到22美元/千克。
與改良西門子法相比，六九硅業新硅烷法的加工對象也有所不同。改良西門子法的原材料是冶金硅，從自然界的硅石到冶金硅，還需要經過一個高能耗的冶煉過程；而六九硅業的新硅烷法直接以國內資源豐富的硅石為原料，跳過了將硅石熔煉為冶金硅的工序。
貼近閉環生產
對多晶硅生產的另一項指責是“高污染”。用改良西門子法生產多晶硅的主要副產品是四氯化硅，如果四氯化硅不能回收再利用，將對環境造成極大的危害。“38號文”也專門針對改良西門子法制定了副產品回收利用率的最低標準。面對“高污染”的指責，國內采用改良西門子工藝的多晶硅企業連聲叫屈，他們認為，國內的主流企業已經實現了閉環生產，解決了四氯化硅等副產品的回收利用問題。記者了解到，國內實力較強的多晶硅企業的確已經做到了閉環生產，但由于四氯化硅的回收再利用尤其是低能耗的冷氫化工藝有一定的技術門檻，并不是每家企業都具備研發該項技術的能力；不過，隨著多晶硅價格的回落，那些沒有掌握四氯化硅先進回收技術的企業由于成本高企將很難生存。
新硅烷法同樣也面臨副產品回收的問題。據六九硅業總經理張月和介紹，新硅烷法整個工藝環節的中間產品，如氫氣、硅烷、氟化鋁鈉均可實現回收再利用，唯一的副產品———硫酸鹽無毒無害，并可以出售給其他化工企業作為工業原料。“制造1千克多晶硅將產生5千克硫酸鹽。”張月和說，“我們已經做過市場調研，以六九硅業的生產規模，其產生的硫酸鹽是微不足道的，完全可以被國內化工企業消化。”
在產品品質方面，新硅烷法的表現也令人欣喜。據張月和透露，新硅烷法工藝生產的多晶硅在電阻率、少數載流子壽命和金屬含量等多方面的指標都優于改良西門子工藝。“六九硅業試產成功，不僅會引領國內多晶硅行業進行技術升級，而且會推動我國以高純硅為起點的硅產業鏈的大力發展。”馬學祿表示，“六九硅業不僅生產光伏級多晶硅，還將生產電子級多晶硅，為中國集成電路、功率半導體器件產業提供原材料。”當然，目前該公司還只是取得了試生產的成功，預計將于2010年年中實現量產，屆時，將由市場來檢驗六九硅業的創新成果。
中國企業應把握趕超機遇
用硅烷法等新工藝取代改良西門子法，是中國企業趕超國際先進水平的一個絕佳機遇。據聞立時院士介紹，前幾年多晶硅價格的飛速上漲給采用改良西門子法的國際多晶硅巨頭帶來了巨額的利潤，同時也使他們產生了創新的惰性。聞立時表示：“在上世紀80年代初，等離子體增強化學反應的方法在鍍膜行業已經取得了很大的成功；在上世紀80年代中期，微電子行業利用PECVD(等離子增強型化學氣相沉積)成功制作了非晶硅薄膜。然而，國際上的改良西門子法企業并沒有主動應用這些科研和產業化成果。”苗連生告訴記者，將來六九硅業還將向國內同行轉讓成熟的新硅烷法工藝技術。因此，中國企業如果能把握機遇，以低能耗、低成本的新硅烷法為突破口，就有可能在多晶硅產業國際競爭中后來居上。
事實上，國內試圖在新硅烷法這條道路上取得突破的企業不止英利一家。湖北武大有機硅新材料股份有限公司總經理廖俊向《中國電子報》記者介紹了他所提出的“建立以烷氧基硅烷為基礎的多晶硅工業體系”的設想，他們所選擇的工藝路線是：用化學硅與醇類進行反應直接生成四烷氧基硅烷，然后以四烷氧基硅烷為原料，用溶膠凝膠和先進造粒技術合成高純二氧化硅，最后利用碳熱還原法，將高純二氧化硅在一定條件下用超純炭還原得到多晶硅。廖俊表示，用烷氧基硅烷法生產多晶硅，能耗將比改良西門子法降低60%-80%；在生產過程中用醇代替氯，環保問題更容易解決；同時，其生產成本也將降低到20美元/千克以下。“當前，烷氧基硅烷法生產多晶硅的各個主要工藝步驟還處在產業化的不同階段，預計3年之內將完成產業化進程。”廖俊說。（中國太陽能信息網）
（編輯：全球電池網）
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