新能源科技多晶硅及多晶硅太陽(yáng)電池

新能源科技協(xié)會(huì)講座多晶硅及多晶硅太陽(yáng)電池1多晶硅的定義2多晶硅的特點(diǎn)3多晶硅與單晶硅電池的比較4多晶硅的生產(chǎn)方法5多晶硅及其他太陽(yáng)電池的市場(chǎng)份額6多晶硅電池的生產(chǎn)方法7主要生產(chǎn)工廠8多晶硅電池發(fā)展前景與主要純?cè)诘膯?wèn)題多晶硅:是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過(guò)冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來(lái)，就結(jié)晶成多晶硅多晶硅性質(zhì)灰色金屬光澤。密度2.32~2.34。熔點(diǎn)1410℃。沸點(diǎn)2355℃。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質(zhì)脆，切割時(shí)易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時(shí)顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應(yīng)。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學(xué)活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導(dǎo)體性質(zhì)，是極為重要的優(yōu)良半導(dǎo)體材料，但微量的雜質(zhì)即可大大影響其導(dǎo)電性拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)多晶硅太陽(yáng)能電池科技名詞定義中文名稱：多晶硅太陽(yáng)能電池英文名稱：polycrystallinesiliconsolarcell定義：以多晶硅為基體材料的太陽(yáng)能電池當(dāng)熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅單晶硅和多晶硅的區(qū)別多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。例如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒(méi)有導(dǎo)電性。在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過(guò)分析測(cè)定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。多晶硅是生產(chǎn)單晶硅的直接原料，是當(dāng)代人工智能、自動(dòng)控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體器件的電子信息基礎(chǔ)材料。被稱為“微電子大廈的基石”。多晶硅太陽(yáng)電池與單晶硅太陽(yáng)電池的區(qū)分方法一般單晶硅棒是在單晶硅爐中拉制而成的，通常要經(jīng)過(guò)滾圓，再通過(guò)切片機(jī)切成，為了充分利用硅片，四個(gè)角保留圓弧，成為準(zhǔn)防騙，，而多晶硅通常是由鑄錠爐澆筑成，的大塊的多晶硅錠，經(jīng)過(guò)破錠機(jī)和多線切片機(jī)切割成厚度為0.15-0.3mm的方片再制成電池，所以多晶硅電池一般都是方形的。世界多晶硅主要生產(chǎn)企業(yè)日本：Tokuyama、三菱、住友公司、美國(guó)：Hemlock、Asimi、SGS、MEMC公司德國(guó)：Wacker公司Q-cells，其德國(guó)wacker公司的生產(chǎn)能力已達(dá)30000噸、年中國(guó)主要多晶硅廠商1無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司2江西賽維LDK太陽(yáng)能高科技有限公司3英利綠色控股有限公司多晶硅片得生產(chǎn)工藝如下1硅了分類，硅料噴砂硅料腐蝕

坩堝裝沙（坩堝準(zhǔn)備）硅錠切片漿料準(zhǔn)備表面研磨倒角

少子壽命測(cè)量硅料粘結(jié)漿料準(zhǔn)備

硅片切割硅片清洗與測(cè)量

包裝入庫(kù)多晶硅太陽(yáng)電池的發(fā)電效率一般目前為15-17%，據(jù)悉在2011年SENC光伏大會(huì)上海無(wú)錫尚德展出的多晶硅太陽(yáng)電池的效率已達(dá)到17.5

多晶硅通常是有鑄錠爐澆鑄成大塊的多晶硅錠，經(jīng)經(jīng)過(guò)破錠機(jī)和多線切割機(jī)切割成厚度為0.15—0.3mm的方片，再制成電池。多晶硅成型后要按照一定的形狀進(jìn)行切割，切割后的硅片會(huì)留下一定的的污染雜質(zhì)，通常用化學(xué)試劑來(lái)清洗這些雜質(zhì)。常用的有有機(jī)溶液，強(qiáng)堿，濃酸，處理后要用高純的離子水清洗干凈。進(jìn)行熱擴(kuò)散多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中主要危險(xiǎn)、有害物質(zhì)中氯氣、氫氣、三氯氫硅、氯化氫等主要危險(xiǎn)特性有：１）氫氣：與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱或明火即會(huì)發(fā)生爆炸。氣體比空氣輕，在室內(nèi)使用和儲(chǔ)存時(shí)，漏氣上升滯留屋頂不易排出，遇火星會(huì)引起爆炸。氫氣與氟、氯、溴等鹵素會(huì)劇烈反應(yīng)。２）氧氣：助燃物、可燃物燃燒爆炸的基本要素之一，能氧化大多數(shù)活性物質(zhì)。與易燃物(如乙炔、甲烷等)形成有爆炸性的混合物。３）氯：有刺激性氣味，能與許多化學(xué)品發(fā)生爆炸或生成爆炸性物質(zhì)。幾乎對(duì)金屬和非金屬都起腐蝕作用。屬高毒類。是一種強(qiáng)烈的刺激性氣體。４）氯化氫：無(wú)水氯化氫無(wú)腐蝕性，但遇水時(shí)有強(qiáng)腐蝕性。能與一些活性金屬粉末發(fā)生反應(yīng)，放出氫氣。遇氰化物能產(chǎn)生劇毒的氰化氫氣體。５）三氯氫硅：遇明火強(qiáng)烈燃燒。受高熱分解產(chǎn)生有毒的氯化物氣體。與氧化劑發(fā)生反應(yīng)，有燃燒危險(xiǎn)。極易揮發(fā)，在空氣中發(fā)煙，遇水或水蒸氣能產(chǎn)生熱和有毒的腐蝕性煙霧。燃燒(分解)產(chǎn)物:氯化氫、氧化硅。６）四氯化硅：受熱或遇水分解放熱，放出有毒的腐蝕性煙氣。７）氫氟酸：腐蝕性極強(qiáng)。遇H發(fā)泡劑立即燃燒。能與普通金屬發(fā)生反應(yīng),放出氫氣而與空氣形成爆炸性混合物。８）硝酸：具有強(qiáng)氧化性。與易燃物(如苯)和有機(jī)物(如糖、纖維素等)接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引起燃燒。與堿金屬能發(fā)生劇烈反應(yīng)。具有強(qiáng)腐蝕性。９）氮?dú)猓喝粲龈邿?，容器?nèi)壓增大。有開(kāi)裂和爆炸的危險(xiǎn)。１０）氟化氫：腐蝕性極強(qiáng)。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開(kāi)裂和爆炸的危險(xiǎn)。１１）氫氧化鈉：本品不燃,具強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性，可致人體灼傷。

利用價(jià)值在太陽(yáng)能利用上，多晶硅和單晶硅發(fā)揮著巨大的作用。雖然從目前來(lái)講，要使太陽(yáng)能發(fā)電具有較大的市場(chǎng)，被廣大的消費(fèi)者接受，就必須提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低生產(chǎn)成本。從目前國(guó)際太陽(yáng)電池的發(fā)展過(guò)程可以看出其發(fā)展趨勢(shì)為單晶硅、多晶硅、帶狀硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。工業(yè)發(fā)展從工業(yè)化發(fā)展來(lái)看，重心已由單晶向多晶方向發(fā)展，主要原因?yàn)?；[1]可供應(yīng)太陽(yáng)電池的頭尾料愈來(lái)愈少；[2]對(duì)太陽(yáng)電池來(lái)講，方形基片更合算，通過(guò)澆鑄法和直接凝固法所獲得的多晶硅可直接獲得方形材料；[3]多晶硅的生產(chǎn)工藝不斷取得進(jìn)展，全自動(dòng)澆鑄爐每生產(chǎn)周期（50小時(shí)）可生產(chǎn)200公斤以上的硅錠，晶粒的尺寸達(dá)到厘米級(jí)；[4]由于近十年單晶硅工藝的研究與發(fā)展很快，其中工藝也被應(yīng)用于多晶硅電池的生產(chǎn)，國(guó)際多晶硅產(chǎn)業(yè)概況當(dāng)前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場(chǎng)占有率在90％以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期也依然是太陽(yáng)能電池的主流材料。多晶硅材料的生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)掌握在美、日、德等3個(gè)國(guó)家7個(gè)公司的10家工廠手中，形成技術(shù)封鎖、市場(chǎng)壟斷的狀況。國(guó)際多晶硅主要技術(shù)特征（1）多種生產(chǎn)工藝路線并存，產(chǎn)業(yè)化技術(shù)封鎖、壟斷局面不會(huì)改變。由于各多晶硅生產(chǎn)工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)不同；進(jìn)而對(duì)應(yīng)的多晶硅產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、用途、產(chǎn)品檢測(cè)方法、過(guò)程安全等方面也存在差異，各有技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)秘密，總的來(lái)說(shuō)，目前國(guó)際上多晶硅生產(chǎn)主要的傳統(tǒng)工藝有：改良西門(mén)子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門(mén)子工藝生產(chǎn)的多晶硅的產(chǎn)能約占世界總產(chǎn)能的80％，短期內(nèi)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)壟斷封鎖的局面不會(huì)改變。（2）新一代低成本多晶硅工藝技術(shù)研究空前活躍。除了傳統(tǒng)工藝（電子級(jí)和太陽(yáng)能級(jí)兼容）及技術(shù)升級(jí)外，還涌現(xiàn)出了幾種專門(mén)生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的新工藝技術(shù)，主要有：改良西門(mén)子法的低價(jià)格工藝；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度SiO2直接制??；熔融析出法（VLD：Vapertoliquiddeposition）；還原或熱分解工藝；無(wú)氯工藝技術(shù)，Al－Si溶體低溫制備太陽(yáng)能級(jí)硅；熔鹽電解法等。在中央政府大力推廣新能源政策的支持下，各地方省份也是積極跟進(jìn)，培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。江西省抓住機(jī)遇，憑借粉石英（硅材料主要原料）儲(chǔ)量全國(guó)第一的資源優(yōu)勢(shì)，出臺(tái)多方面措施保障光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。短短3、4年間，使得一大批光伏產(chǎn)業(yè)上下游項(xiàng)目迅速在江西集聚，成為我國(guó)重要的光伏產(chǎn)業(yè)基地。以新余為主產(chǎn)地、以賽維LDK和盛豐能源為核心企業(yè)的產(chǎn)業(yè)帶具有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力，初步建立了從硅料、硅片到太陽(yáng)能電池組件及配套產(chǎn)品的完整產(chǎn)業(yè)鏈，擁有了對(duì)外合作的有效途徑和一批關(guān)鍵人才，在國(guó)內(nèi)已具有較明顯的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2008年江西省光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，實(shí)現(xiàn)銷售收入128.9億元。另外該省生產(chǎn)的多晶硅片已占全球總產(chǎn)量的四分之一，龍頭企業(yè)賽維2008年的產(chǎn)能超過(guò)1400MW。

2009年初，經(jīng)省政府同意，由江西省發(fā)改委牽頭編制的《江西省光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》正式下發(fā)，為江西光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展確定了大的方向。規(guī)劃中提到，力爭(zhēng)到2012年將江西打造成為全球重要的光伏產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)基地。按照規(guī)劃，未來(lái)數(shù)年，新余、豐城、南昌產(chǎn)業(yè)帶將建成全省光伏產(chǎn)業(yè)主要集聚區(qū)。行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題

同國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)化方面的差距主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、產(chǎn)能低，供需矛盾突出。2005年中國(guó)太陽(yáng)能用單晶硅企業(yè)開(kāi)工率在20％－

30％，半導(dǎo)體用單晶硅企業(yè)開(kāi)工率在80％－90％，無(wú)法實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)，多晶硅技術(shù)和市場(chǎng)仍牢牢掌握在美、日、德國(guó)的少數(shù)幾個(gè)生產(chǎn)廠商中，嚴(yán)重制約我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2、生產(chǎn)規(guī)模小、現(xiàn)在公認(rèn)的最小經(jīng)濟(jì)規(guī)模為1000噸/年，最佳經(jīng)濟(jì)規(guī)模在2500噸/年，而我國(guó)現(xiàn)階段多晶硅生產(chǎn)企業(yè)離此規(guī)模仍有較大的距離。

3、工藝設(shè)備落后，同類產(chǎn)品物料和電力消耗過(guò)大，三廢問(wèn)題多