多晶硅生产流程是什么_单晶硅与多晶硅的区别

　　摘要：本文已多晶硅为中心，主要介绍了多晶硅的技术特征、单晶硅与多晶硅的区别、多晶硅应用价值以及多晶硅行业走势概况及预测进行分析。

　　多晶硅概要

　　多晶硅是单质硅的一种形态。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。

　　多晶硅的技术特征

　　⑴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。由于各多晶硅生产工厂所用主辅原料不尽相同，因此生产工艺技术不同；进而对应的多晶硅产品技术经济指标、产品质量指标、用途、产品检测方法、过程安全等方面也存在差异，各有技术特点和技术秘密，总的来说，国际上多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80%，短期内产业化技术垄断封锁的局面不会改变。

　　⑵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）及技术升级外，还涌现出了几种专门生产太阳能级多晶硅的新工艺技术，主要有：改良西门子法的低价格工艺；冶金法从金属硅中提取高纯度硅；高纯度SiO2直接制取；熔融析出法（VLD：Vaper to liquid deposition）；还原或热分解工艺；无氯工艺技术，Al－Si溶体低温制备太阳能级硅；熔盐电解法等。

　　多晶硅生产流程

　　（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅， 其化学反应SiO2+C→Si+CO2↑

　　（2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢（HCl）与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅（SiHCl3）。 其化学反应Si+HCl→SiHCl3+H2↑ 反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物（Н2，НС1，SiНС13，SiC14，Si）。

　　（3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解：过滤硅粉，冷凝SiНС13，SiC14，而气态Н2，НС1返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiНС13，SiC14，净化三氯氢硅（多级精馏）。

　　（4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。 其化学反应SiHCl3+H2→Si+HCl。

　　多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。 这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同Н2，НС1，SiНС13，SiC14从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。

　　单晶硅与多晶硅的区别

　　单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9 的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。

　　多晶硅应用价值

　　在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从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）。多晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料

　　冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯（电子级多晶硅纯度要求11N，太阳能电池级只要求6N）。而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法（西门子法）”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。我国每年都从石英石中提取大量的工业硅，以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料，以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业。

　　得到高纯度的多晶硅后，还要在单晶炉中熔炼成单晶硅，以后切片后供集成电路制造等用。可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位。

　　多晶硅行业走势概况及预测

　　10月中旬国内多晶硅行情小幅上调。10月初国内企业出厂报价均价在132667元/吨左右，到本周末国内企业对外报价波动至132883元/吨左右，整体上涨了0.13%，当前价格同比去年下降了24.63%。

　　行情分析光伏补贴细则即将出台，多晶硅龙头企业纷纷复产，多晶硅价格得到提振，多晶硅行业开工率进一步回升，开工率恢复至40%左右。

　　国内多晶硅光伏市场观望情绪仍然弥漫，受到国内各地方光伏发电补贴与上网政策迟迟未落实的影响，下游硅料报价波动较小；太阳能产品实行增值税即征即退50%的政策的出台确实直接利好光伏下游企业，亦有机会促进上游企业受惠。

　　从光伏全行业来看，近期新增光伏市场需求空间不大，直接导致上游多晶硅环节供需仍难现大逆转情形，全年产需只能勉强维持平衡。多晶硅市场仍然面临着产能过剩的局面。

　　后市预测随着光伏市场的逐渐回暖，多晶硅开工增多，市场供应量有所增加但是从下游光伏利好到上游还需要一段时间的缓冲，多晶硅后市或将上扬，预计短期内价格地位盘整仍会持续。1、发展壮大中国多晶硅产业的市场条件已经基本具备、时机已经成熟，国家相关部门加大对多晶硅产业技术研发，科技创新、工艺完善、项目建设的支持力度，抓住有利时机发展壮大中国的多晶硅产业。

　　2、支持最具条件的改良西门子法共性技术的实施，加快突破千吨级多晶硅产业化关键技术，形成从材料生产工艺、装备、自动控制、回收循环利用的多晶硅产业化生产线，材料性能接近国际同类产品指标；建成节能、低耗、环保、循环、经济的多晶硅材料生产体系，提高我们多晶硅在国际上的竞争力。

　　3、依托高校以及研究院所，加强新一代低成本工艺技术基础性及前瞻性研究，建立低成本太阳能及多晶硅研究开发的知识及技术创新体系，获得具有自主知识产权的生产工艺和技术。

　　4、政府主管部门加强宏观调控与行业管理，避免低水平项目的重复投资建设，保证产业的有序、可持续发展。

　　5、《多晶硅产能严重过剩 地方政府成主要推手》。2009年09月07日 07:07　来源：中央电视台《经济半小时》。

　　6、解决国内光伏发电的政策、技术瓶颈，进一步启动国内光伏终端市场、开发新兴市场（例如让光伏发电象家电下乡一样走进家庭、走进平民生活，通过援外的方法开发非洲太阳能市场）。

　　7、通过科技创新提高企业竞争力，提高质量、减低消耗，优化产业布局、危机期间推进重组、淘汰落后产能、提高集中度。行业内重点扶持5~6家大而强的多晶硅企业。