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科研成果

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硅烷法制備25t/a太陽(yáng)能級多晶硅工藝及設備
上傳時(shí)間:2014-05-10   作者:
多晶硅是制備單晶硅和太陽(yáng)能電池的原材料,是全球電子工業(yè)及光伏產(chǎn)業(yè)的基石。隨著(zhù)光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,太陽(yáng)能電池對多晶硅的需求量迅速增長(cháng)。據預測,國際市場(chǎng):2008年后全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電增長(cháng)幅度將超過(guò)40%。按照歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì )(EPIA)對于未來(lái)太陽(yáng)能電池的需求分析,預計到2010年全球多晶硅需求量將達到115000噸。據國際光伏組織預測,全球多晶硅的供應缺口達45000噸以上。國內市場(chǎng):如果目前在建和擴建項目全部達產(chǎn),2008年以后多晶硅產(chǎn)能將達到4000~5000噸/年。由于國內太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)年增長(cháng)速度達到35%~5O%,行業(yè)預測到2010年我國多晶硅需求量將達到12000噸/年,缺口達到7000~8000噸/年。
    現有的多晶硅生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有:改良西門(mén)子法、冶金法、硅烷法。
    改良西門(mén)子法:1955年,西門(mén)子公司成功開(kāi)發(fā)了利用氫氣(H2)還原三氯氫硅(SiHCl3)在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù),并于l957年開(kāi)始了規模生產(chǎn),這就是通常所說(shuō)的西門(mén)子法。在西門(mén)子法工藝的基礎上,通過(guò)增加還原尾氣干法回收系統、四氯化硅(SiC14)氫化工藝,實(shí)現了閉路循環(huán),于是形成了改良西門(mén)子法。改良西門(mén)子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣(Cl2)和H2合成氯化氫(HCl)(或外購HC1),HC1和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成SiHC13,然后對SiHC13進(jìn)行分離精餾提純,提純后的SiHCl3在氫還原爐內進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應得到高純多晶硅。改良西門(mén)子法生產(chǎn)歷史悠久,制備的多晶硅純度較高,安全性較好,該法制備的多晶硅還具有同時(shí)滿(mǎn)足直拉和區熔要求的優(yōu)點(diǎn)。但改良西門(mén)子法生產(chǎn)多晶硅屬高能耗的產(chǎn)業(yè),其中電力成本約占總成本的70%左右,同時(shí)具有工藝流程長(cháng)、投資大、技術(shù)操作難度大等缺點(diǎn)。目前該技術(shù)主要掌握在美國、日本、德國等國家的主要生產(chǎn)廠(chǎng)商中。我國大部分多晶硅生產(chǎn)廠(chǎng)家主要采用該技術(shù),但該技術(shù)主要都是從俄羅斯引進(jìn),由于國外技術(shù)封鎖,我國并沒(méi)有掌握核心技術(shù),因此對技術(shù)的規?;瘧眯枰^長(cháng)的整合研制周期。
    冶金法:俗稱(chēng)“三步法”,即以單向凝固等手段去除金屬雜質(zhì);采用等離子體融解爐等方式除去硼;采用電子束融解爐等方式去除磷、碳,從而最后制成低成本的太陽(yáng)能級多晶硅。冶金法的主要工藝是:選擇純度較好的工業(yè)硅進(jìn)行水平區熔單向凝固成硅錠,除去硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后,進(jìn)行粗粉碎與清洗,在等離子體融解爐中除去硼雜質(zhì),再進(jìn)行第二次水平區熔單向凝固成硅錠,之后除去第二次區熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分,經(jīng)粗粉碎與清洗后,在電子束融解爐中除去磷和碳雜質(zhì),直接生成出太陽(yáng)能級多晶硅。國外對冶金法研究至少已有25年時(shí)間,但是至今還不能真正為光伏產(chǎn)業(yè)提供質(zhì)量合格的硅材料。因此,試圖用冶金精煉方法生產(chǎn)出滿(mǎn)足太陽(yáng)能電池質(zhì)量要求的多晶硅不是近期可達到的。
    硅烷法:即利用硅烷(SiH4)的熱分解反應制取高純硅,因硅烷制備方法不同于日本Komatsu發(fā)明的硅化鎂法、美國Union Carbide發(fā)明的歧化法、美國MEMC采用的鋁氫化鈉(NaAlH4)與四氟化硅(SiF4)反應方法。新硅烷法近幾年發(fā)展較快,確實(shí)有許多改良西門(mén)子法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。諸如硅烷熱分解溫度較低、耗電少、硅烷容易提純、產(chǎn)品純度高、原料消耗低等,是一種有發(fā)展前景的新工藝。
    目前我們掌握硅化鎂法制硅烷的多晶硅生產(chǎn)工藝的整套核心技術(shù)并且具有工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)驗,依據我們工藝技術(shù)優(yōu)勢及多年的真空設備研發(fā)制造經(jīng)驗,有能力設計開(kāi)發(fā)硅烷法制備25/a太陽(yáng)能級多晶硅工藝及設備,研制生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品及成套設備。目前,我們?yōu)閲鴥任ㄒ徽莆赵摷夹g(shù)的企業(yè)。
    該項目工藝產(chǎn)品檢測達到7N以上,直拉法單晶N型,電阻率270Ω•cm,載流子壽命可達360ms。區熔法拉制5次,為N型,電阻率5000Ω•cm;拉制11次為P型,電阻率為30000Ω•cm,載流子壽命可達360ms,用此硅片制作的高壓硅堆能耐壓2000V。

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