多晶硅：新硅烷法试产成功 成本优势凸显

目前，改良西门子法在多晶硅制造领域占据主流地位，但该工艺因其加工过程中能耗较高而颇受业界诟病。近年来，中国多晶硅企业一方面加快改良西门子法的研发和产业化速度，争取参与国际竞争，另一方面也在探索新的工艺路线，以求掌握低能耗、低成本的多晶硅生产技术。
“没有问题!在2010年,一定能实现光伏发电成本每千瓦时低于1元。”近日，在英利集团第1GW太阳能电池组件下线的庆祝仪式上，董事长苗连生信心十足地对记者说。苗连生的信心很大程度上源于英利旗下六九硅业有限公司新硅烷法多晶硅项目的试产成功，低成本的多晶硅将降低光伏制造的整体成本。
在前几年，多晶硅的生产一直被欧美企业所掌控，多晶硅在光伏组件中所占的成本比重一度达到70%%，在需求高峰期，多晶硅现货价格接近500美元/千克，而国际巨头的生产成本仅为30多美元/千克，巨额利润流入了行业寡头的账户。近年来，国内多晶硅制造厂的兴起，让我国光伏企业不必再看国外巨头的眼色行事，但由于工艺问题而引发的关于“高能耗”、“高污染”的争论一直困扰着中国的多晶硅企业。中国企业正在探索新的工艺路线，力图摘掉这两顶帽子，在目前看来，新硅烷法工艺是最接近成功的尝试。

摘掉“高能耗帽子”

英利集团首席战略官马学禄在接受《中国电子报》记者采访时表示，六九硅业新硅烷法多晶硅项目一期设计产能为3000吨/年，最终将达到1.8万吨/年。“六九硅业选择了与国内大多数多晶硅生产厂家不同的工艺路线，是国内首家采用新硅烷法工艺生产高纯度多晶硅的公司。”马学禄说，“该项目的生产成本可控制在28美元/千克左右，能源消耗指标优于国家规定标准。”
马学禄所说的“国家规定标准”是指2009年9月国务院发布的“国发[2009]38号文件(以下简称“38号文”)中针对新建多晶硅项目还原电耗、综合电耗作出的限定。该文件规定，太阳能级多晶硅还原电耗应小于60千瓦时/千克，并明确提出，到2011年前，淘汰综合电耗大于200千瓦时/千克的多晶硅产能。
其实，早在38号文发布之前，多晶硅制造过程中的“高能耗”问题已经引起业界广泛关注。目前，国际上多晶硅制造的主流工艺是改良西门子法，即便是国际多晶硅巨头，其使用改良西门子法生产多晶硅的综合电耗也在120千瓦时/千克以上，而部分国内厂家使用该工艺综合电耗曾经达到“骇人听闻”的300千瓦时/千克。中国工程院院士闻立时在接受记者采访时表示，改良西门子法采用热化学气相反应路线，这是其能耗高、生产成本高的根本原因。尽管国内一些企业通过技术改造已经使综合电耗接近国际先进水平，但要在能耗指标方面优于国外竞争对手，在工艺路线上实现突破是必然的选择。据六九硅业工作人员介绍，在采用新硅烷法生产多晶硅的过程中，目前该公司使用的是西门子反应器，其电耗为75千瓦时/千克；在该项目的二期工程中，将使用流化床反应器，其电耗将低至25千瓦时/千克，生产成本也将降低到22美元/千克。
与改良西门子法相比，六九硅业新硅烷法的加工对象也有所不同。改良西门子法的原材料是冶金硅，从自然界的硅石到冶金硅，还需要经过一个高能耗的冶炼过程；而六九硅业的新硅烷法直接以国内资源丰富的硅石为原料，跳过了将硅石熔炼为冶金硅的工序。

贴近闭环生产

对多晶硅生产的另一项指责是“高污染”。用改良西门子法生产多晶硅的主要副产品是四氯化硅，如果四氯化硅不能回收再利用，将对环境造成极大的危害。“38号文”也专门针对改良西门子法制定了副产品回收利用率的最低标准。面对“高污染”的指责，国内采用改良西门子工艺的多晶硅企业连声叫屈，他们认为，国内的主流企业已经实现了闭环生产，解决了四氯化硅等副产品的回收利用问题。记者了解到，国内实力较强的多晶硅企业的确已经做到了闭环生产，但由于四氯化硅的回收再利用尤其是低能耗的冷氢化工艺有一定的技术门槛，并不是每家企业都具备研发该项技术的能力；不过，随着多晶硅价格的回落，那些没有掌握四氯化硅先进回收技术的企业由于成本高企将很难生存。
新硅烷法同样也面临副产品回收的问题。据六九硅业总经理张月和介绍，新硅烷法整个工艺环节的中间产品，如氢气、硅烷、氟化铝钠均可实现回收再利用，唯一的副产品———硫酸盐无毒无害，并可以出售给其他化工企业作为工业原料。“制造1千克多晶硅将产生5千克硫酸盐。”张月和说，“我们已经做过市场调研，以六九硅业的生产规模，其产生的硫酸盐是微不足道的，完全可以被国内化工企业消化。”
在产品品质方面，新硅烷法的表现也令人欣喜。据张月和透露，新硅烷法工艺生产的多晶硅在电阻率、少数载流子寿命和金属含量等多方面的指标都优于改良西门子工艺。“六九硅业试产成功，不仅会引领国内多晶硅行业进行技术升级，而且会推动我国以高纯硅为起点的硅产业链的大力发展。”马学禄表示，“六九硅业不仅生产光伏级多晶硅，还将生产电子级多晶硅，为中国集成电路、功率半导体器件产业提供原材料。”当然，目前该公司还只是取得了试生产的成功，预计将于2010年年中实现量产，届时，将由市场来检验六九硅业的创新成果。

中国企业应把握赶超机遇

用硅烷法等新工艺取代改良西门子法，是中国企业赶超国际先进水平的一个绝佳机遇。据闻立时院士介绍，前几年多晶硅价格的飞速上涨给采用改良西门子法的国际多晶硅巨头带来了巨额的利润，同时也使他们产生了创新的惰性。闻立时表示：“在上世纪80年代初，等离子体增强化学反应的方法在镀膜行业已经取得了很大的成功；在上世纪80年代中期，微电子行业利用PECVD(等离子增强型化学气相沉积)成功制作了非晶硅薄膜。然而，国际上的改良西门子法企业并没有主动应用这些科研和产业化成果。”苗连生告诉记者，将来六九硅业还将向国内同行转让成熟的新硅烷法工艺技术。因此，中国企业如果能把握机遇，以低能耗、低成本的新硅烷法为突破口，就有可能在多晶硅产业国际竞争中后来居上。
事实上，国内试图在新硅烷法这条道路上取得突破的企业不止英利一家。湖北武大有机硅新材料股份有限公司总经理廖俊向《中国电子报》记者介绍了他所提出的“建立以烷氧基硅烷为基础的多晶硅工业体系”的设想，他们所选择的工艺路线是：用化学硅与醇类进行反应直接生成四烷氧基硅烷，然后以四烷氧基硅烷为原料，用溶胶凝胶和先进造粒技术合成高纯二氧化硅，最后利用碳热还原法，将高纯二氧化硅在一定条件下用超纯炭还原得到多晶硅。廖俊表示，用烷氧基硅烷法生产多晶硅，能耗将比改良西门子法降低60%%-80%%；在生产过程中用醇代替氯，环保问题更容易解决；同时，其生产成本也将降低到20美元/千克以下。“当前，烷氧基硅烷法生产多晶硅的各个主要工艺步骤还处在产业化的不同阶段，预计3年之内将完成产业化进程。”廖俊说。