近年來，社會各界對新能源的關注引發(fā)多晶硅市場開始升溫。自2006年起，我國各地紛紛上馬多晶硅項目，產(chǎn)能迅速擴張，據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有多晶硅產(chǎn)能已達30萬噸。然而，多晶硅生產(chǎn)過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，與先進水平相比，由于工藝設備的不足，多晶硅生產(chǎn)也常常存在物料和電力消耗過大、產(chǎn)生大量污染等問題。對此，記者走訪的多位業(yè)內(nèi)專家一致認為，著力在高效、節(jié)能、安全三個方面提升多晶硅設備的技術(shù)水平，應成為多晶硅產(chǎn)業(yè)下一階段的重要任務。

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

    據(jù)內(nèi)蒙古科技大學化工學院院長王亞雄教授介紹，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)路線各自對應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)應用的主流，改良西門子法多晶硅產(chǎn)品已占據(jù)市場份額的80%左右。具體到高效、節(jié)能、安全三個指標方面，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，改良西門子法設備是目前市場上應用最為成熟的設備，其裝備系統(tǒng)比較完善，基本實現(xiàn)了各工序裝置閉環(huán)運行，安全性能也有所保障。國外采用該法生產(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)運行的能耗和成本。同時，該法工藝流程長，設備操作難度較大。

    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)勢在于反應爐分解溫度較低（800～900℃），由高溫揮發(fā)或擴散引入的雜質(zhì)少，分解率高達99%，耗電也比較少，約40千瓦時/千克。同時，由于硅烷含硅量較高（87.5%），沸點低，容易提純，尤其是硼的去除較為容易，適用于作半導體芯片襯底；硅烷的分解產(chǎn)物沒有腐蝕性，避免對設備的腐蝕以及硅受腐蝕而被玷污的現(xiàn)象。但安全問題是硅烷法多晶硅技術(shù)設備最大的不足。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，國外就曾發(fā)生過硅烷工廠強烈爆炸的事故。此外，硅烷熱分解爐結(jié)構(gòu)比較復雜，硅棒直徑受到限制，設備單產(chǎn)也相對較低，從而影響了生產(chǎn)效率。

    而物理冶金法技術(shù)設備國內(nèi)和國外則差距不大，國內(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)點是流程簡單，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、廢氣處理也較為簡單，在環(huán)保上具有一定的優(yōu)勢。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%，甚至達到30%。雜質(zhì)對效率衰減的影響較大，提純過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，都仍然需要進一步升級。”曹忠說。具體而言，未來改良西門子法技術(shù)裝備發(fā)展方向是通過升級反應器及配套設備，來提高生反應物生長速率和沉積比率，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。這一方面要深入研究還原爐反應機理，研制高效、節(jié)能的還原爐反應器及供電設備，開發(fā)多對棒還原爐技術(shù)設備，以提高單爐產(chǎn)量；另一方面要實現(xiàn)較為經(jīng)濟的閉環(huán)工藝提升SiCl4的氫化效率，如開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；還應注意開發(fā)新型工藝技術(shù)裝備，將四氯化硅轉(zhuǎn)化成多晶硅。而在硅烷法設備方面，曹忠認為，該類裝置在國內(nèi)的進一步發(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發(fā)。相對于西門子法設備投資大、資金回收慢、經(jīng)營風險大而言，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，他認為，該路線應著重攻關研發(fā)新一代載能束高真空冶金技術(shù)裝備，使產(chǎn)品純度達到6N以上，從而有可能在若干年內(nèi)逐步發(fā)展成為太陽能級多晶硅的主流技術(shù)裝備。

    如今，我國多晶硅行業(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，目前我國新上項目的新裝備主要有兩個特點：一是新技術(shù)裝備主要集中在生產(chǎn)反應器上，多晶硅生產(chǎn)反應器是復雜的多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個提高產(chǎn)能、降低能耗的關鍵設備；二是許多廠家首選最先進的流化床反應器(FBR)粒狀多晶硅生產(chǎn)技術(shù)裝備，同時采用石墨管狀爐反應器，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)要同時服務于微電子和光伏發(fā)電兩個產(chǎn)業(yè)，這兩個市場均有很強的驅(qū)動力，所以必然會出現(xiàn)不同的技術(shù)裝備應對不同的目標需求，各自發(fā)展，形成一種多工藝多設備并存的發(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備的要求。現(xiàn)有的多晶硅技術(shù)裝備應各自選準目標，正確定位，并進行重大技術(shù)裝備改進，實現(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。