冶金法抢抓太阳能级多晶硅新机遇

本报记者 纪爱玲报道　　能耗高、污染重，让多晶硅生产企业深受诟病。在低碳经济成为世界潮流的时候，我国多晶硅生产企业面临更大压力。　　近年来，针对太阳能级多晶硅的质量要求发展起来一种新工艺——冶金法。冶金法制备多晶硅以廉价的工业硅为原料，采用冶金技术提纯而成，工艺路线短，能耗仅为改良西门子法的20%左右，因此被认为是最有可能生产价格低廉的制造太阳能级多晶硅新技术。　　为推广和不断完善冶金法生产多晶硅工艺，冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟于2009年9月底在宁夏银川成立。　　新规定催生新技术　　为了落实国务院关于抑制包括多晶硅在内的部分行业产能过剩和低水平重复建设精神，国家发改委针对国内普遍采用的改良西门子法制备太阳能级多晶硅技术明确了技术门槛：多晶硅项目规模必须大于3000吨／年，占地面积小于6公顷／千吨多晶硅，还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%；引导、支持多晶硅企业以多种方式实现多晶硅—电厂—化工厂联营，支持节能环保太阳能级多晶硅技术开发，降低生产成本。到2011年前，淘汰综合电耗大于200千瓦时／千克的多晶硅产能。　　冶金法太阳能多晶硅产业技术创新战略联盟秘书长、中国产学研合作促进会新材料专业委员会副理事长李义春介绍，当前，我国大多数多晶硅生产企业采用的是西门子法。虽然国外的改良西门子法已经发展成熟，但一直为几家大公司所垄断，对我国进行技术封锁。我国一些小企业采用拼凑的设备和技术生产，能耗和污染得不到有效控制，产品质量和成本均不具备优势。　　赛迪公司顾问开发区咨询中心咨询师江华明确表示，我们应集中科技资源，共同研发制定中国多晶硅产业的总体布局、技术路线、工艺方法、环保和综合利用方案等，除获得成熟西门子法生产多晶硅的工艺外，加大力度对流化床法、冶金法等多晶硅生产工艺进行开发研究，并针对不同市场，形成多种工艺技术既相互竞争又各自针对合适目标协调发展的技术格局。　　李义春介绍，国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用改良西门子法生产多晶硅。用该工艺生产的多晶硅纯度较高，通常能达到9N以上，甚至10N、11N，这样才能保证电子材料的功能。但是该技术存在成本高、能耗高、投资大以及流程复杂的问题。　　目前发展迅猛的光伏产业，对多晶硅材料的要求没有那么高，一般纯度达到6N－7N就可以了。“但是没有这样的硅片，企业就把高端的电子用多晶硅材料掺杂，降低品质后，才能用于光伏发电。因此，应该有专门用于光伏发电的硅片生产技术。”李义春说。　　基于此，业内开始积极研究适合太阳能级多晶硅的低成本制造技术和方法。　　新技术的优势　　“改良西门子法满足的是信息电子对多晶硅的高纯度能级要求，但太阳能光伏电池并不需要如此高的纯度，这的确给成本更低的冶金法制备多晶硅技术带来了新的机遇。”中国工程院院士闻立时说。　　2008年6月，阿特斯光伏科技有限公司在全球率先宣布，他们用冶金法生产的多晶硅成功开发出太阳能电池模组组件，并被国际太阳能光伏领域的主流厂商所接受。　　李义春介绍，几年前，人们对冶金法还处在摸索阶段，近几年由于市场驱动，很多企业和机构都投入大量精力研究。目前我国几家主流的单位都取得了突破，而且技术越来越好，关键技术指标达到了要求，制成了光伏电池。　　宁夏发电集团在冶金法太阳能级多晶硅的研发、生产和应用方面进行了开拓性的工作。2008年9月，该集团在全国第一个采用冶金法多晶硅建设的330KWp光伏电站在银川并网发电；2009年9月，该集团太阳山10MWp光伏电站中的2.5MWp成功并网发电，其电池组件所用多晶硅、单晶硅全部采用冶金法生产。　　阿特斯公司目前已经同时在一些国家和地区的工厂利用改良西门子法和冶金法制备多晶硅，并对两种制备方法进行实时跟踪比较。该公司提供的两种制备方法数据显示，冶金法尽管目前在纯度方面有待改进，但其成本更低、更环保以及投产回报周期更短等优势已经逐渐显露。“我们已经通过实践证明，冶金法是可行的，根据我们实际生产的数据来看，改良西门子法目前制备多晶硅的成本是30－60美元／千克，而冶金法只需要10－25美元／千克。而且冶金法的转化效率已经达到了14%－15.5%，通过未来持续的一些技术改进，冶金法将可以逐步替代西门子法。” 阿特斯太阳能光电(苏州)有限公司研发总监陈根茂说。　　“尽管冶金法有着成本更低、能耗更低的优点，但纯度不高问题一直没有得到解决。”中国科学院研究员王文静直言，冶金法短板仍存。　　技术有待改进　　“冶金法现在仍然面临着很多问题，很多技术难点没有解决，未来能不能成为光伏发电材料的主流技术工艺，还是一个未知数。现在最紧迫的是，先通过研究弄清楚如何解决冶金法的一些除杂的技术难题，然后才是大规模推广的问题。”闻立时直言不讳。　　在20世纪30年代，曾有过外国学者研究证明，冶金法生产的多晶硅理论上可以达到7N，但其无法满足半导体的纯度要求，研究一度停滞。后来的研究并不深入，目前，能够稳定生产的冶金法多晶硅纯度也仅在5N－6N之间。　　李义春也坦诚，冶金法存在生产方式比较粗糙，工艺有待优化和提升，设备有待完善等问题。　　“冶金法是民间自发研究推动，政府并无过多的引导和投入，产业还处于起步阶段，争论多是正常的，但我们仍然需要强调诚信。”厦门市三晶阳光电力有限公司董事长郑智雄表示，冶金法的确仍存在问题，但更重要的是，整个产业的人需要诚信以对，以此奠定产业发展基础。三晶阳光正试图打造一个从硅原料到多晶硅制备以及电池组装系统集成的垂直产业链。“我们准备在应用方面进行全面的调整，即通过改进后端的工艺，来弥补前端多晶硅纯度不够的问题，我相信这可以做到。”　　“以前是改良西门子法一法独大，但现在的产业发展情况是，硅烷法和冶金法以及改良西门子法已经是三足鼎立，各自占据一部分市场。”闻立时说，这的确是成本低、投资回报时间短的冶金法制备太阳能多晶硅的机会。“如果冶金法能发展起来，整个材料领域的竞争会更加充分，最终是用户受益，成本降低。”