冶金法搶抓太陽能級多晶硅新機遇

2010-02-09 13:48:18 來源:

能耗高、污染重,讓多晶硅生產企業深受詬病。在低碳經濟成為世界潮流的時候,我國多晶硅生產企業面臨更大壓力。
  近年來,針對太陽能級多晶硅的質量要求發展起來一種新工藝——冶金法。冶金法制備多晶硅以廉價的工業硅為原料,采用冶金技術提純而成,工藝路線短,能耗僅為改良西門子法的20%左右,因此被認為是最有可能生產價格低廉的制造太陽能級多晶硅新技術。
  為推廣和不斷完善冶金法生產多晶硅工藝,冶金法太陽能多晶硅產業技術創新戰略聯盟于2009年9月底在寧夏銀川成立。
  為了落實國務院關于抑制包括多晶硅在內的部分行業產能過剩和低水平重復建設精神,國家發改委針對國內普遍采用的改良西門子法制備太陽能級多晶硅技術明確了技術門檻:多晶硅項目規模必須大于3000噸/年,占地面積小于6公頃/千噸多晶硅,還原尾氣中四氯化硅、氯化氫、氫氣回收利用率不低于98.5%、99%、99%;引導、支持多晶硅企業以多種方式實現多晶硅—電廠—化工廠聯營,支持節能環保太陽能級多晶硅技術開發,降低生產成本。到2011年前,淘汰綜合電耗大于200千瓦時/千克的多晶硅產能。
  冶金法太陽能多晶硅產業技術創新戰略聯盟秘書長、中國產學研合作促進會新材料專業委員會副理事長李義春介紹,當前,我國大多數多晶硅生產企業采用的是西門子法。雖然國外的改良西門子法已經發展成熟,但一直為幾家大公司所壟斷,對我國進行技術封鎖。我國一些小企業采用拼湊的設備和技術生產,能耗和污染得不到有效控制,產品質量和成本均不具備優勢。
  賽迪公司顧問開發區咨詢中心咨詢師江華明確表示,我們應集中科技資源,共同研發制定中國多晶硅產業的總體布局、技術路線、工藝方法、環保和綜合利用方案等,除獲得成熟西門子法生產多晶硅的工藝外,加大力度對流化床法、冶金法等多晶硅生產工藝進行開發研究,并針對不同市場,形成多種工藝技術既相互競爭又各自針對合適目標協調發展的技術格局。
  李義春介紹,國內外現有的多晶硅廠絕大部分采用改良西門子法生產多晶硅。用該工藝生產的多晶硅純度較高,通常能達到9N以上,甚至10N、11N,這樣才能保證電子材料的功能。但是該技術存在成本高、能耗高、投資大以及流程復雜的問題。
  目前發展迅猛的光伏產業,對多晶硅材料的要求沒有那么高,一般純度達到6N-7N就可以了。“但是沒有這樣的硅片,企業就把高端的電子用多晶硅材料摻雜,降低品質后,才能用于光伏發電。因此,應該有專門用于光伏發電的硅片生產技術。”李義春說。
  基于此,業內開始積極研究適合太陽能級多晶硅的低成本制造技術和方法。
  “改良西門子法滿足的是信息電子對多晶硅的高純度能級要求,但太陽能光伏電池并不需要如此高的純度,這的確給成本更低的冶金法制備多晶硅技術帶來了新的機遇。”中國工程院院士聞立時說。
  2008年6月,阿特斯光伏科技有限公司在全球率先宣布,他們用冶金法生產的多晶硅成功開發出太陽能電池模組組件,并被國際太陽能光伏領域的主流廠商所接受。
  李義春介紹,幾年前,人們對冶金法還處在摸索階段,近幾年由于市場驅動,很多企業和機構都投入大量精力研究。目前我國幾家主流的單位都取得了突破,而且技術越來越好,關鍵技術指標達到了要求,制成了光伏電池。
  寧夏發電集團在冶金法太陽能級多晶硅的研發、生產和應用方面進行了開拓性的工作。2008年9月,該集團在全國第一個采用冶金法多晶硅建設的330KWp光伏電站在銀川并網發電;2009年9月,該集團太陽山10MWp光伏電站中的2.5MWp成功并網發電,其電池組件所用多晶硅、單晶硅全部采用冶金法生產。
  阿特斯公司目前已經同時在一些國家和地區的工廠利用改良西門子法和冶金法制備多晶硅,并對兩種制備方法進行實時跟蹤比較。該公司提供的兩種制備方法數據顯示,冶金法盡管目前在純度方面有待改進,但其成本更低、更環保以及投產回報周期更短等優勢已經逐漸顯露。“我們已經通過實踐證明,冶金法是可行的,根據我們實際生產的數據來看,改良西門子法目前制備多晶硅的成本是30-60美元/千克,而冶金法只需要10-25美元/千克。而且冶金法的轉化效率已經達到了14%-15.5%,通過未來持續的一些技術改進,冶金法將可以逐步替代西門子法。” 阿特斯太陽能光電(蘇州)有限公司研發總監陳根茂說。
  “盡管冶金法有著成本更低、能耗更低的優點,但純度不高問題一直沒有得到解決。”中國科學院研究員王文靜直言,冶金法短板仍存。
  “冶金法現在仍然面臨著很多問題,很多技術難點沒有解決,未來能不能成為光伏發電材料的主流技術工藝,還是一個未知數,F在最緊迫的是,先通過研究弄清楚如何解決冶金法的一些除雜的技術難題,然后才是大規模推廣的問題。”聞立時直言不諱。
  在20世紀30年代,曾有過外國學者研究證明,冶金法生產的多晶硅理論上可以達到7N,但其無法滿足半導體的純度要求,研究一度停滯。后來的研究并不深入,目前,能夠穩定生產的冶金法多晶硅純度也僅在5N-6N之間。
  李義春也坦誠,冶金法存在生產方式比較粗糙,工藝有待優化和提升,設備有待完善等問題。
  “冶金法是民間自發研究推動,政府并無過多的引導和投入,產業還處于起步階段,爭論多是正常的,但我們仍然需要強調誠信。”廈門市三晶陽光電力有限公司董事長鄭智雄表示,冶金法的確仍存在問題,但更重要的是,整個產業的人需要誠信以對,以此奠定產業發展基礎。三晶陽光正試圖打造一個從硅原料到多晶硅制備以及電池組裝系統集成的垂直產業鏈。“我們準備在應用方面進行全面的調整,即通過改進后端的工藝,來彌補前端多晶硅純度不夠的問題,我相信這可以做到。”
  “以前是改良西門子法一法獨大,但現在的產業發展情況是,硅烷法和冶金法以及改良西門子法已經是三足鼎立,各自占據一部分市場。”聞立時說,這的確是成本低、投資回報時間短的冶金法制備太陽能多晶硅的機會。“如果冶金法能發展起來,整個材料領域的競爭會更加充分,最終是用戶受益,成本降低。”
關鍵詞:多晶硅

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