多晶硅短缺有效缓解 工艺技术仍需改进

洛阳中硅高科技有限公司副总经理 严大洲
多晶硅是集成电路、电子器件和太阳能电池的主要原材料。全球多晶硅产业化生产的主流工艺是三氯氢硅氢还原法(或称：改良西门子工艺)，用该工艺生产的多晶硅占世界总产量的85%%，是多晶硅生产的主流工艺。近年来，中国多晶硅产业化取得长足进步，已成为世界多晶硅生产大国之一。

中国多晶硅产能迅速扩张
·关键技术攻关打破国外垄断
·中国已成为世界多晶硅生产大国之一

我国多晶硅产业起步于上世纪60年代，在70年代曾盲目发展，小型生产厂家多达30余家。改革开放后，我国绝大部分多晶硅生产企业因亏损而相继停产或转产，到1996年只剩下原峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2家。这些生产厂几乎全部采用传统西门子工艺，生产规模小，工艺技术落后、消耗大、成本高，全国的多晶硅总产能始终在年产数十吨规模上徘徊。
上世纪80年代，中国企业意识到多晶硅实现规模化生产必须解决关键技术、能耗、综合回收利用和环保等问题。中国企业开始加大技术引进力度，力求实现多晶硅大规模化生产，但由于多晶硅及相关材料产业在国民经济中的特殊战略意义，发达国家对中国实行技术封锁和市场垄断，多年引进努力收获甚微。多晶硅日益成为下游产业发展的瓶颈。
为改变这种局面，中国企业开始自主开发，进行关键技术攻关。受各种因素的影响，产业化进展情况并不理想。2005年，我国多晶硅产量仅80吨，占世界年总产量的0.5%%，且技术水平低，生产规模小、产品单耗高、生产成本高，市场需求严重依赖进口。
在此背景下，科技部组织实施了863攻关计划、“十一五”支撑计划和863重点攻关计划，围绕多晶硅生产各环节的重大技术难题，实施重点攻关，取得了包括“24对棒节能还原炉、大型低温加压氢化、还原尾气干法回收”等一系列攻关成果，以洛阳中硅高科技有限公司为代表，形成了拥有了自主知识产权的技术体系，为多晶硅产业化发展赢得主动权，2005年洛阳中硅高科技有限公司率先建成我国第一条年产300吨多晶硅产业化示范线，打破了国外的技术封锁和市场垄断，促使国外的单项技术和设备低价进入中国。
在国家发改委组织实施的《高纯硅材料高技术产业化重大专项》支持下，我国多晶硅产量突飞猛进，2006年产量287吨，2007年1156吨，2008年达到4300吨，2009年达到20230吨。多晶硅作为光伏产业的基础材料，在短短的5年内，从打破技术封锁和市场垄断，到产业规模仅次于美国，完成了过去计划经济时代几十年要做而一直都未实现的事情，使我国成为世界多晶硅生产大国之一。

国内市场仍供不应求
·各大厂加速扩产，多晶硅企业面临激烈竞争格局
·应防止多晶硅投资过热和重复建设

2009年，全球多晶硅总产量达到84500吨，较2008年增长47.2%%。其中，美国黑姆洛克公司以27500吨产量位列世界首位；瓦克化学电子公司位列世界次席，产量为16000吨。排名全球前五名的公司2009年产量合计达到71000吨，占世界总产量的68%%。目前，各大厂仍在加速扩产，根据其对外报道的扩产计划，2010年，多晶硅总产量达到114300吨，2011年将达到149400吨。
近年来，我国多晶硅材料产业快速发展。据统计，截止到2010年4月底，全国有25家企业先后从事多晶硅生产，投产规模达到5.7万吨/年。目前还有近18家企业正在建设多晶硅项目或扩建2期、3期、4期工程，在建能力5万吨/年。包括已投产规模和规划能力，到2010年底，我国多晶硅行业总产能将超过10万吨/年，呈过热状态。当然，国际金融危机让许多新进多晶硅计划受到影响，部分新建多晶硅企业的资本募集与扩厂计划受到严重挑战，预期停工与进度延缓等问题开始显现，少数实力强大的企业仍依计划进行。新进的多晶硅企业将直接面对供过于求的多晶硅市场，其量产状况、产品质量与生产成本将面临严酷的考验。新生的多晶硅企业，面临激烈竞争局面。
2009年9月，国务院出台38号文，把多晶硅列为产能存在过剩可能的产业，对防止多晶硅投资过热和重复建设，引导产业有序发展，起到了良好作用。
多晶硅行业产能情况包含四种状态，实际产量、已建产能、在建产能和规划产能。截至2009年12月底，中国实际产量20230吨，已建产能57360吨，在建产能79400吨，规划产能18万吨。
受国际金融危机影响，多晶硅价格回归正常，在目前的条件下，那些不具备技术和资金实力、没有环保措施的企业，所宣称的产能实际难以真正实现。已投产的部分企业，因为副产物回收困难，生产系统问题等，多晶硅成本高于市场价格，被迫停产或勉强维持生产。在市场竞争激烈的条件下，生产系统不完善、质量措施、检测系统不齐全的企业，多晶硅产品难以得到市场认同，产品销售困难。2009年已有多家多晶硅企业出现巨额亏损，生产经营困难。
2009年，国内市场需求约4万吨，进口约2万吨，50%%依赖进口。预计2010年需求5万吨，产量3.5万吨，仍有30%%依赖进口。截止到2010年4月底，国内市场基本处在供不应求状态，价格稳中有升。

生产工艺需持续改进
·产学研合作提升多晶硅品质
·应持续降低多晶硅生产综合能耗，探寻副产物综合利用途径

多晶硅作为太阳能和信息产业的基础原材料，支撑着两大产业，在国民经济和社会发展中有重大带动作用。但我国多晶硅规模化生产刚刚开始，基础还很薄弱，为此，2008年12月，国家发改委批准了在中硅高科设立“多晶硅制备技术国家工程实验室”，联合清华大学、天津大学、中国恩菲工程公司和国内多晶硅同行，共同研究解决制约多晶硅材料大规模、低单耗、高品质、清洁生产的技术瓶颈，培养、凝聚研发人才。在中硅高科建设氯硅烷分离提纯、多晶硅还原、四氯化硅氢化、还原尾气干法回收、氯硅烷生产白炭黑、多晶硅高纯后处理等6个研发平台和一个测试分析中心，以实验室平台为基础，建设国家多晶硅检测中心，服务全行业，形成持续研发能力。
针对多晶硅生产最关键的还原工序，应继续研究大型48对棒加压还原炉系统技术，使还原直接电耗由120kWh/kg～180kWh/kg降低到60kWh/kg～80kWh/kg，单炉产量7000kg以上，综合电耗控制在160kWh/kg之内。与此同时，还要研究高效提纯技术，稳定多晶硅产品质量，综合利用副产热能，降低多晶硅生产综合能耗。
针对副产物的循环使用，应完善高温、低温加压氢化技术，研究进一步提高转化率技术，实现稳定生产，转化利用副产物。此外，还应探寻多晶硅副产物的综合利用，研究多晶硅副产物含B、P杂质的氯硅烷回收制备气相白炭黑技术，全回收氯硅烷，实现清洁生产。
标准规范的建立也刻不容缓。应修订多晶硅产品标准，制定多晶硅生产节能、排放国家标准，制定多晶硅产业化建设标准和《多晶硅生产企业能耗限额》国家标准，规范多晶硅产业。同时，还应研究多晶硅及生产过程的检测分析标准、设备和规范，加快国家多晶硅检测中心建设，提供测试分析能力，提供权威、公正检测结果，服务全行业。