多晶硅制備工藝及發展趨勢分析

張小軍（新特能源股份有限公司，新疆 烏魯木齊，830011）

按照硅含量純度，可以將多晶硅分成是太陽能級硅和電子級硅。在可持續發展戰略下，太陽能資源的開發和利用得到了足夠的重視，而進行太陽能級硅的制備則成為新的研究話題。因此，相關單位有必要對多晶硅的制備工藝及其發展趨勢進行研究，以便更好的進行太陽能級多晶硅的生產，繼而促進多晶硅產業的可持續發展。

1 多晶硅制備工藝概述

隨著人們對太陽能資源的開發利用程度的逐漸加深，多晶硅的需求量也在不斷增加。在這種趨勢下，多晶硅的制備工藝、技術得到了創新和發展，以便進行多晶硅生產產能的提高和生產成本的降低。就目前來看，多晶硅的制備已經出現了諸多工藝，主要可以劃分成化學方法和物理方法，而西門子法、冶金法和流化床法是較為常見的三種多晶硅制備工藝。

1995 年，西門子公司利用SiHCL3進行了CVD反應，從而創建了高純多晶硅的制作工藝，后來則被稱之為西門子法。而冶金法則是利用純度較高的工藝硅進行硅錠的生產，并利用反復提純法進行多晶硅的制作。利用冶金法進行多晶硅的制備，不僅可以得到太陽能級多晶硅，還能減少制備多晶硅給環境帶來的傷害。而所謂的流化床法，則是通過在硅源氣中加入小顆粒硅粉，并在流化床反應爐中利用混合物的連續熱分解反應進行多晶硅產品的制作[1]。相較于其他多晶硅制備工藝，利用流化床法所得的硅具有沉積均勻性好的特點，可以用來進行大規模太陽能級多晶硅的生產。此外，碳熱還原反應法、熱線法和氣液沉積法等方法都可以用來進行多晶硅的制備。但是相較于西門子法、冶金法和流化床法，其他的制備工藝都存在著一定的缺陷。

2 多晶硅制備工藝發展趨勢分析

2.1 西門子工藝的不斷改進

利用西門子法可以進行高純多晶硅的制備，但是生產的產能卻不高。所以，近年來，西門子工藝得到了不斷的改進，以便進行改良西門子法的開發。一方面，原有西門子法的生產尾氣分離工藝得到了改進，從而使得系統的能耗得以降低的同時，系統分離氣體的純度也得到了提高。另一方面，在原有西門子法的還原爐設備結構得到改造后，西門子法的爐內氣體溫度不宜控制、一次性轉換率低的缺點則得到了改善[2]。而改良后的西門子法則出現了產生大量有害氣體和多晶硅純度不高等問題，仍然需要得到不斷的改進。

2.2 流態化技術方法的不斷完善

相較于西門子法，流態化技術方法具有能耗低、產能大和環境危害低的特點。所以，流態化技術方法在近年來得到廣泛的應用和發展。在完善流化床方法方面，一些可再生能源公司展開了試驗流化床生產，以便進行粒狀高純度的多晶硅的生產。但是，由于流化床法是一種集多種技術和學科知識為一體的制備工藝，所以在制備多晶硅的過程中具有很多復雜因素，需要得到進一步的解決。就目前來看，由于流態化過程中會產生納米級的無定形硅粉，從而造成了多晶硅的生產率得到了降低。此外，這些硅粉附著在顆粒多晶硅產品上，也對產品的質量形成了影響。因此，想要在制備多晶硅上進一步進行流態化技術方法的運用，則需要對硅顆粒的污染等問題進行不斷的改善。

2.3 物理法工藝體系的不斷完善

對于大多數廣發企業來講，冶金法是較為常用的多晶硅制備工藝。就目前來看，冶金法被用于進行太陽能電池的生產上，以便進行太陽能電池的轉換效率的提高。但就目前來看，冶金法存在著多晶硅純度不理想和質量穩定性不足的問題，從而限制了該工藝的發展[3]。但是，相較于其他制備工藝，冶金法具有投資小、能耗低和污染小等特點。所以，冶金法仍然在多晶硅生產領域占據著重要的地位。而隨著相關工藝技術的發展，人們也開始致力于研究如何完善冶金法的工藝體系問題，以便更好的進行多晶硅制備的物理法工藝的應用。

3 結語

總而言之，在可再生資源得到充分重視的情況下，多晶硅的制備問題也同樣引起了人們的關注。而就目前來看，雖然多晶硅的制備工藝有很多，但是每種工藝在產能、能耗和環境污染等方面有著各自的特性，無法完全滿足多晶硅的生產需求。所以，人們開始對西門子工藝進行不斷改進，并對流態化技術和冶金法工藝體系進行不斷完善，以便更好的進行多晶硅制備工藝的利用，繼而確保多晶硅生產的可持續發展。

[1]董培講.多晶硅薄膜制備工藝及其應用發展[J].黑龍江科技信息，2014,15（01）：28.

[2]徐遠志.高純多晶硅在線制備技術及發展趨勢[J].云南冶金，2012,13（41）：75-79.

[3]張攀，陳光輝，李建隆等.多晶硅制備技術及其研究進展[J].材料導報學報，2012，21（26）：153-158.